DE102019111557A1 - Sensor and method for determining the geometric properties of a measurement object - Google Patents
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Abstract
Ein Sensor (10) zur Bestimmung von geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts, das in einem Objektraum (17) angeordnet ist, weist eine optische Anordnung (14) und eine Auswerte- und Steuereinrichtung (16) auf. Die optische Anordnung (14) weist einen ersten Detektor (12) auf. Die optische Anordnung (14) definiert ein erstes Fokusprofil (19) mit einem ersten Maximum (39) entlang einer ersten Strahlenganglinie (18) in dem Objektraum (17). Die optische Anordnung (14) definiert ein zweites Fokusprofil (21) mit einem zweiten Maximum (41) entlang einer zweiten Strahlenganglinie (25) in dem Objektraum (17). Die Auswerte- und Steuereinrichtung (16) ist eingerichtet, um einen ersten Messwert (22) des ersten Fokusprofils (19) und einen zweiten Messwert (28) des zweiten Fokusprofils (21) zu erfassen. Die Auswerte- und Steuereinrichtung (16) ist ferner eingerichtet, um aus dem ersten Messwert (22) und aus dem zweiten Messwert (28) eine Fokusregelungseingangsgröße (32) zu bestimmen. Das erste Fokusprofil (19) und das zweite Fokusprofil (21) sind koexistierende Fokusprofile.A sensor (10) for determining geometric properties of a measurement object, which is arranged in an object space (17), has an optical arrangement (14) and an evaluation and control device (16). The optical arrangement (14) has a first detector (12). The optical arrangement (14) defines a first focus profile (19) with a first maximum (39) along a first beam path line (18) in the object space (17). The optical arrangement (14) defines a second focus profile (21) with a second maximum (41) along a second beam path line (25) in the object space (17). The evaluation and control device (16) is set up to acquire a first measured value (22) of the first focus profile (19) and a second measured value (28) of the second focus profile (21). The evaluation and control device (16) is also set up to determine a focus control input variable (32) from the first measured value (22) and from the second measured value (28). The first focus profile (19) and the second focus profile (21) are coexisting focus profiles.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur Bestimmung von geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts, das in einem Objektraum angeordnet ist, wobei der Sensor eine optische Anordnung und eine Auswerte- und Steuereinrichtung aufweist, wobei die optische Anordnung einen ersten Detektor aufweist, wobei die optische Anordnung ein erstes Fokusprofil mit einem ersten Maximum entlang einer ersten Strahlenganglinie in dem Objektraum definiert, wobei die optische Anordnung ein zweites Fokusprofil mit einem zweiten Maximum entlang einer zweiten Strahlenganglinie in dem Objektraum definiert, wobei die Auswerte- und Steuereinrichtung eingerichtet ist, um einen ersten Messwert des ersten Fokusprofils und einen zweiten Messwert des zweiten Fokusprofils zu erfassen, wobei die Auswerte- und Steuereinrichtung ferner eingerichtet ist, um aus dem ersten Messwert und aus dem zweiten Messwert eine Fokusregelungseingangsgröße zu bestimmen.The present invention relates to a sensor for determining geometric properties of a measurement object which is arranged in an object space, the sensor having an optical arrangement and an evaluation and control device, the optical arrangement having a first detector, the optical arrangement having a first Defined focus profile with a first maximum along a first beam path line in the object space, the optical arrangement defining a second focus profile with a second maximum along a second beam path line in the object space, the evaluation and control device being set up to measure a first measured value of the first focus profile and to acquire a second measured value of the second focus profile, the evaluation and control device further being set up to determine a focus control input variable from the first measured value and from the second measured value.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts, mit den Schritten:
- - Bereitstellen eines Sensors mit einer optischen Anordnung und einer Auswerte- und Steuereinrichtung, wobei die optische Anordnung einen ersten Detektor aufweist, wobei die optische Anordnung ein erstes Fokusprofil mit einem ersten Maximum entlang einer ersten Strahlenganglinie in dem Objektraum definiert, wobei die optische Anordnung ein zweites Fokusprofil mit einem zweiten Maximum entlang einer zweiten Strahlenganglinie in dem Objektraum definiert,
- - Erfassung eines ersten Messwerts des ersten Fokusprofils und eines zweiten Messwerts des zweiten Fokusprofils mittels der Auswerte- und Steuereinrichtung, und
- - Bestimmung einer Fokusregelungseingangsgröße aus dem ersten Messwert und aus dem zweiten Messwert mittels der Auswerte- und Steuereinrichtung.
- - Providing a sensor with an optical arrangement and an evaluation and control device, the optical arrangement having a first detector, the optical arrangement defining a first focus profile with a first maximum along a first beam path line in the object space, the optical arrangement a second Defined focus profile with a second maximum along a second beam path line in the object space,
- - Acquisition of a first measured value of the first focus profile and a second measured value of the second focus profile by means of the evaluation and control device, and
- - Determination of a focus control input variable from the first measured value and from the second measured value by means of the evaluation and control device.
Ein solcher Sensor und ein solches Verfahren sind aus
Bei abbildenden Systemen stellt sich regelmäßig das Problem des Scharfstellens des Systems auf beispielsweise ein zu vermessendes Werkstück, d.h. der Abstand der Sensorik zum zu vermessenden Werkstück muss so eingestellt werden, dass eine messtechnischen Ansprüchen genügende Abbildungstiefe erreicht wird.In the case of imaging systems, the problem of focusing the system on, for example, a workpiece to be measured, i.e. the distance between the sensors and the workpiece to be measured must be set in such a way that an imaging depth that meets the requirements of measurement technology is achieved.
Nachteilig bei den beiden genannten Verfahren ist, dass zeitaufwändig Bildreihen mit sich ändernden Abständen zum Objekt aufgenommen werden müssen.The disadvantage of the two methods mentioned is that it is time-consuming to record image series with changing distances from the object.
Es besteht der Wunsch, einen Sensor bereitzustellen, der bei vergleichsweise geringen Kosten effizient ein großes Spektrum an optischen Messaufgaben ausführen kann. Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen entsprechenden Sensor und ein entsprechendes Verfahren anzugeben.There is a desire to provide a sensor that can efficiently perform a wide range of optical measurement tasks at comparatively low costs. Accordingly, it is an object of the present invention to specify a corresponding sensor and a corresponding method.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Sensor und ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei das erste Fokusprofil und das zweite Fokusprofil koexistierende Fokusprofile sind.According to one aspect of the present invention, this object is achieved by a sensor and a method of the type mentioned at the beginning, wherein the first focus profile and the second focus profile are coexisting focus profiles.
Bei der geometrischen Eigenschaft kann es sich beispielsweise um einen Abstand zwischen zwei Merkmalen an dem Messobjekt, die Länge einer Kante, den Durchmesser einer Bohrung oder auch eine komplexe Freiform an der Oberfläche des Messobjekts handeln.The geometric property can be, for example, a distance between two features on the measurement object, the length of an edge, the diameter of a hole or a complex free form on the surface of the measurement object.
Bei dem Objektraum kann es sich insbesondere um einen Raum außerhalb des Sensors handeln. Der Sensor kann beispielsweise ein Gehäuse aufweisen. Der Objektraum kann beispielsweise ein Raum außerhalb des Gehäuses des Sensors sein. Vorzugsweise befindet sich das Messobjekt in dem Objektraum. Alternativ hierzu kann sich bei Durchführung des Verfahrens auch ein Referenzobjekt in dem Objektraum befinden.The object space can in particular be a space outside the sensor. The sensor can for example have a housing. The object space can for example be a space outside the housing of the sensor. The measurement object is preferably located in the object space. As an alternative to this, a reference object can also be located in the object space when the method is carried out.
Die optische Anordnung kann innerhalb des Gehäuses angeordnet sein und ein oder mehrere optische Elemente ausgewählt aus einer Gruppe von optischen Elementen aufweisend eine Linse, einen Spiegel, ein Glasplättchen, eine Blende, einen Polarisator, einen Filter, beispielsweise einen Polarisationsfilter, ein Prisma und einen Polarisator aufweisen. Die spezifische Anordnung der optischen Elemente kann mindestens einen Strahlengang, beispielsweise einen ersten Strahlengang und/oder einen zweiten Strahlengang, aufweisen. Der erste Strahlengang und/oder der zweite Strahlengang kann die erste Strahlenganglinie und/oder die zweite Strahlenganglinie aufweisen. Beispielsweise kann ein erster Strahlengang der optischen Anordnung die erste Strahlenganglinie aufweisen und ein zweiter Strahlengang der optischen Anordnung kann die zweite Strahlenganglinie aufweisen. Alternativ hierzu kann der erste Strahlengang sowohl die erste Strahlenganglinie als auch die zweite Strahlenganglinie aufweisen.The optical arrangement can be arranged within the housing and one or more optical elements selected from a group of optical elements comprising a lens, a mirror, a glass plate, a diaphragm, a polarizer, a filter, for example a polarization filter, a prism and a polarizer exhibit. The specific arrangement of the optical elements can have at least one beam path, for example a first beam path and / or a second beam path. The first beam path and / or the second beam path can have the first beam path line and / or the second beam path line. For example, a first beam path of the optical arrangement can have the first beam path line and a second beam path of the optical arrangement can have the second beam path line. As an alternative to this, the first beam path can have both the first beam path line and the second beam path line.
Der erste Strahlengang und/oder der zweite Strahlengang kann sowohl eine Menge an Strahlenganglinien, insbesondere die erste Strahlenganglinie und/oder die zweite Strahlenganglinie, als auch die optischen Elemente umfassen, welche die Strahlenganglinien definieren.The first beam path and / or the second beam path can include both a set of beam path lines, in particular the first beam path line and / or the second beam path line, and the optical elements which define the beam path lines.
Die erste Strahlenganglinie und die zweite Strahlenganglinie können mögliche Verläufe von Lichtstrahlen in der optischen Anordnung repräsentieren, wobei die möglichen Verläufe von Lichtstrahlen in der optischen Anordnung mittels der optischen Anordnung definiert sind. Mittels Lichtstrahlen wird im Rahmen der geometrischen Optik modellhaft eine Ausbreitung von Licht beschrieben. Die Lichtstrahlen können ein Lichtstrahlenbündel bilden, welche als Menge von Strahlenganglinien dargestellt werden können.The first beam path line and the second beam path line can represent possible courses of light beams in the optical arrangement, the possible courses of light beams in the optical arrangement being defined by means of the optical arrangement. By means of light rays, the propagation of light is modeled in the context of geometric optics. The light rays can form a bundle of light rays which can be represented as a set of beam path lines.
Aus der Ausgestaltung der optischen Anordnung können die entsprechenden Strahlenganglinien, insbesondere die erste Strahlenganglinie und/oder die zweite Strahlenganglinie, berechnet werden. Die Strahlenganglinien, insbesondere die erste Strahlenganglinie und/oder die zweite Strahlenganglinie, können beispielsweise aus der Ausgestaltung der optischen Anordnung mittels Matrizenoptik bestimmt werden.The corresponding beam path lines, in particular the first beam path line and / or the second beam path line, can be calculated from the configuration of the optical arrangement. The beam path lines, in particular the first beam path line and / or the second beam path line, can be determined, for example, from the configuration of the optical arrangement by means of matrix optics.
Die Strahlenganglinien, insbesondere die erste Strahlenganglinie und/oder die zweite Strahlenganglinie, können insbesondere durch die Ausgestaltung der optischen Anordnung und durch die Eigenschaften des von dem Messobjekt oder einem Referenzobjekt ausgehenden Lichts bestimmbar sein. Alternativ hierzu können die erste Strahlenganglinie und/oder die zweite Strahlenganglinie experimentell bestimmt werden.The beam path lines, in particular the first beam path line and / or the second beam path line, can in particular be determined by the design of the optical arrangement and by the properties of the light emanating from the measurement object or a reference object. Alternatively, the first beam path and / or the second beam path can be determined experimentally.
Der erste Detektor kann beispielsweise eine Kamera, insbesondere eine Rot-Grün-Blau(RGB)-Kamera, aufweisen. Der erste Detektor kann insbesondere eingerichtet sein, um einen einfallenden Lichtstrahl zu detektieren. Die erste Strahlenganglinie kann beispielsweise dieselben optischen Elemente verbinden wie die zweite Strahlenganglinie. Hierdurch können optische Elemente und somit Kosten eingespart werden. Weiterhin kann der Sensor hierdurch kompakt ausgestaltet werden.The first detector can for example have a camera, in particular a red-green-blue (RGB) camera. The first detector can in particular be set up to detect an incident light beam. The first beam path line can, for example, connect the same optical elements as the second beam path line. In this way, optical elements and thus costs can be saved. Furthermore, the sensor can hereby be made compact.
Alternativ hierzu kann die erste Strahlenganglinie zumindest teilweise andere optische Elemente verbinden als die zweite Strahlenganglinie. Beispielsweise kann die erste Strahlenganglinie mindestens ein optisches Element berühren, welches die zweite Strahlenganglinie nicht berührt. Beispielsweise kann auch die zweite Strahlenganglinie mindestens ein optisches Element berühren, welches die erste Strahlenganglinie nicht berührt. Hierdurch kann ein Unterschied zwischen dem ersten Fokusprofil und dem zweiten Fokusprofil erzeugt werden, um die Fokusregelungseingangsgröße ohne Verschieben einer optischen Komponente der optischen Anordnung und/oder des Sensors zu dem Messobjekt zu bestimmen, insbesondere um Kosten einzusparen und eine zeitliche Effizienz zu steigern.Alternatively, the first optical path line can at least partially connect different optical elements than the second optical path line. For example, the first beam path line can touch at least one optical element which does not touch the second beam path line. For example, the second beam path line can also touch at least one optical element which does not touch the first beam path line. In this way, a difference can be generated between the first focus profile and the second focus profile in order to determine the focus control input variable without shifting an optical component of the optical arrangement and / or the sensor to the measurement object, in particular to save costs and increase time efficiency.
Die optische Anordnung kann derart ausgestaltet sein, dass die erste Strahlenganglinie teilweise identisch zu der zweiten Strahlenganglinie sein kann. Hierdurch können optische Komponenten eingespart und Kosten verringert werden. Alternativ hierzu kann die optische Anordnung derart ausgestaltet sein, dass die erste Strahlenganglinie separat zu der zweiten Strahlenganglinie ausgestaltet ist.The optical arrangement can be designed in such a way that the first beam path line can be partially identical to the second beam path line. This saves optical components and reduces costs. As an alternative to this, the optical arrangement can be configured in such a way that the first beam path line is configured separately from the second beam path line.
Bei dem ersten Fokusprofil und/oder bei dem zweiten Fokusprofil kann es sich bevorzugt um eine ein-dimensionale Strecke in dem Objektraum handeln. Das erste Fokusprofil und/oder das zweite Fokusprofil können Teil einer Vielzahl an Fokusprofilen sein, beispielsweise einer Schar an Fokusprofilen. Die Schar der Fokusprofile kann insbesondere durch die optische Anordnung definiert sein.The first focus profile and / or the second focus profile can preferably be a one-dimensional path in the object space. The first focus profile and / or the second focus profile can be part of a multiplicity of focus profiles, for example a group Focus profiles. The set of focus profiles can in particular be defined by the optical arrangement.
Das erste Fokusprofil und/oder das zweite Fokusprofil können beispielsweise ein Fokuskriterium in Abhängigkeit eines Abstands widerspiegeln. Beispielsweise kann das erste Fokusprofil und/oder das zweite Fokusprofil ein Fokuskriterium in Abhängigkeit eines Abstandes zu einem Referenzpunkt, beispielsweise zu einem Teil des Sensors, widerspiegeln.The first focus profile and / or the second focus profile can, for example, reflect a focus criterion as a function of a distance. For example, the first focus profile and / or the second focus profile can reflect a focus criterion as a function of a distance to a reference point, for example to a part of the sensor.
Beispielsweise kann das erste Fokusprofil ein erstes Fokuskriterium in Abhängigkeit eines Abstands widerspiegeln. Das zweite Fokusprofil kann ein zweites Fokuskriterium in Abhängigkeit eines Abstands widerspiegeln. Das erste Fokuskriterium kann identisch zu dem zweiten Fokuskriterium sein. Alternativ hierzu kann das erste Fokuskriterium sich von dem zweiten Fokuskriterium unterscheiden. Vorteilhafterweise kann mittels des ersten Fokuskriteriums und/oder des zweiten Fokuskriteriums auf einen Abstand von einem Fokuspunkt geschlossen werden. Das erste Fokuskriterium und/oder das zweite Fokuskriterium können beispielsweise Hinweise darauf geben, welcher Anteil an Photonen einer virtuellen Punktlichtquelle an einem jeweiligen Punkt des ersten Fokusprofils oder des zweiten Fokusprofils sich an einem Punkt auf dem ersten Detektor wieder treffen würde.For example, the first focus profile can reflect a first focus criterion as a function of a distance. The second focus profile can reflect a second focus criterion as a function of a distance. The first focus criterion can be identical to the second focus criterion. Alternatively, the first focus criterion can differ from the second focus criterion. Advantageously, the first focus criterion and / or the second focus criterion can be used to infer a distance from a focus point. The first focus criterion and / or the second focus criterion can, for example, provide information about the proportion of photons from a virtual point light source at a respective point of the first focus profile or the second focus profile would meet again at a point on the first detector.
Das erste Fokuskriterium und/oder das zweite Fokuskriterium kann ausgewählt sein aus einer Gruppe von Fokuskriterien umfassend einen Kontrast, eine Lichtintensität, eine Lichtintensität in Abhängigkeit einer Lichtfrequenz, und einer Bildschärfe. Die genannten Fokuskriterien können vorteilhafterweise ohne zusätzliche optische Komponenten in dem Sensor bestimmt werden, beispielsweise mittels einer optischen Abbildung und einer Auswertung der optischen Abbildung mittels der Auswerte- und Steuereinrichtung.The first focus criterion and / or the second focus criterion can be selected from a group of focus criteria comprising a contrast, a light intensity, a light intensity as a function of a light frequency, and an image sharpness. The focus criteria mentioned can advantageously be determined without additional optical components in the sensor, for example by means of an optical image and an evaluation of the optical image by means of the evaluation and control device.
Bei dem ersten Fokusprofil kann es sich beispielsweise um ein erstes Fokuskriterium in Abhängigkeit von einer senkrechten Projektion auf eine optische Achse handeln. Bei dem zweiten Fokusprofil kann es sich beispielsweise um ein zweites Fokuskriterium in Abhängigkeit von einer senkrechten Projektion auf eine optische Achse handeln. Hierdurch können beispielsweise innerhalb des dreidimensionalen Objektraums zwei eindimensionale Fokusprofile zur Bestimmung der Fokusregelungseingangsgröße definiert werden.The first focus profile can be, for example, a first focus criterion as a function of a perpendicular projection onto an optical axis. The second focus profile can be, for example, a second focus criterion as a function of a perpendicular projection onto an optical axis. In this way, for example, two one-dimensional focus profiles for determining the focus control input variable can be defined within the three-dimensional object space.
Das erste Fokusprofil und/oder das zweite Fokusprofil können insbesondere durch optische Elemente der optischen Anordnung definiert sein. Das erste Fokusprofil kann bevorzugt unterschiedlich zu dem zweiten Fokusprofil ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das erste Fokusprofil räumlich verschoben zu dem zweiten Fokusprofil sein. Hierdurch kann die Fokusregelungseingangsgröße ohne eine räumliche Verschiebung eines optischen Elements und/oder des Sensors relativ zu dem Messobjekt bestimmt werden.The first focus profile and / or the second focus profile can in particular be defined by optical elements of the optical arrangement. The first focus profile can preferably be configured differently from the second focus profile. For example, the first focus profile can be spatially displaced in relation to the second focus profile. In this way, the focus control input variable can be determined without a spatial displacement of an optical element and / or the sensor relative to the measurement object.
Die erste Strahlenganglinie und/oder die zweite Strahlenganglinie können zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet sein und mindestens teilweise in dem Objektraum. Bevorzugt können die optischen Elemente der optischen Anordnung innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinrichtung eingerichtet sein, um durch Bestimmung eines Fokuskriteriums, beispielsweise des ersten Fokuskriteriums und/oder des zweiten Fokuskriteriums, den ersten Messwert des ersten Fokusprofils und den zweiten Messwert des zweiten Fokusprofils zu erfassen.The first beam path line and / or the second beam path line can be arranged at least partially within the housing and at least partially in the object space. The optical elements of the optical arrangement can preferably be arranged within the housing. For example, the evaluation and control device can be set up to acquire the first measured value of the first focus profile and the second measured value of the second focus profile by determining a focus criterion, for example the first focus criterion and / or the second focus criterion.
Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinrichtung eingerichtet sein, um als ersten Messwert des ersten Fokusprofils einen ersten Kontrastwert zu erfassen. Weiterhin kann die Auswerte- und Steuereinrichtung eingerichtet sein, um einen zweiten Kontrastwert als zweiten Messwert des zweiten Fokusprofils zu erfassen. Ein Kontrastwert kann sich als Fokuskriterium eignen, da es einfach zu bestimmen ist. Der Kontrastwert kann beispielsweise durch einen Helligkeitsvergleich zweier benachbarter Punkte einer Abbildung bestimmt werden, wobei die Abbildung mittels des Sensors bestimmt werden kann. Hierzu sind vorteilhafterweise keine zusätzlichen optischen Komponenten der optischen Anordnung notwendig.For example, the evaluation and control device can be set up to acquire a first contrast value as the first measured value of the first focus profile. Furthermore, the evaluation and control device can be set up to record a second contrast value as a second measured value of the second focus profile. A contrast value can be suitable as a focus criterion because it is easy to determine. The contrast value can be determined, for example, by comparing the brightness of two neighboring points in an image, with the image being able to be determined by means of the sensor. For this purpose, no additional optical components of the optical arrangement are advantageously necessary.
Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinrichtung eingerichtet sein, um mittels einer mathematischen Operation aus dem ersten Messwert und aus dem zweiten Messwert die Fokusregelungseingangsgröße zu bestimmen. Die mathematische Operation kann bevorzugt derart sein, dass mit ihr sowohl auf einen Betrag der Fokusregelungseingangsgröße als auch auf ein Vorzeichen der Abstandsregungseingangsgröße geschlossen werden kann.For example, the evaluation and control device can be set up to determine the focus control input variable from the first measured value and from the second measured value by means of a mathematical operation. The mathematical operation can preferably be such that it can be used to infer both an amount of the focus control input variable and a sign of the distance excitation input variable.
Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinrichtung eingerichtet sein, um aus dem ersten Messwert und aus dem zweiten Messwert einen Abstand zwischen einem Objektpunkt in dem Objektraum und einem Referenzpunkt, beispielsweise einem Teil des Sensors, zu bestimmen. Hiermit kann beispielsweise eine notwendige Veränderung der optischen Anordnung und/oder eine Abstandsänderung zwischen dem Sensor und dem Messobjekt bestimmt werden, um beispielsweise eine scharfe Abbildung des Messobjekts zu erhalten.For example, the evaluation and control device can be set up to determine a distance between an object point in the object space and a reference point, for example part of the sensor, from the first measured value and from the second measured value. In this way, for example, a necessary change in the optical arrangement and / or a change in the distance between the sensor and the measurement object can be determined in order, for example, to obtain a sharp image of the measurement object.
Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinrichtung eingerichtet sein, um aus dem ersten Messwert und aus dem zweiten Messwert und aus einer hinterlegten Kalibration die Fokusregelungseingangsgröße zu bestimmen. Hiermit kann ein Autofokusverfahren preiswert durchführbar sein.For example, the evaluation and control device can be set up to determine the focus control input variable from the first measured value and from the second measured value and from a stored calibration. An autofocus method can hereby be carried out inexpensively.
Das erste Fokusprofil und das zweite Fokusprofil können koexistierende Fokusprofile aus einer Schar koexistierender Fokusprofile sein. Sowohl das erste Fokusprofil als auch das zweite Fokusprofil können zum Zeitpunkt der Erfassung des ersten Messwerts identisch zu dem ersten Fokusprofil und dem zweiten Fokusprofil zum Zeitpunkt der Erfassung des zweiten Messwerts sein. Beispielsweise kann die optische Erfassung des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts konstant gehalten werden. Beispielsweise kann während einer Zeitspanne, innerhalb welcher sowohl der erste Messwert und der zweite Messwert erfasst werden, die optische Anordnung konstant gehalten werden. Während der Erfassung des ersten Messwerts kann bevorzugt das erste Fokusprofil und das zweite Fokusprofil existieren. Weiterhin kann während der Erfassung des zweiten Messwerts das erste Fokusprofil und das zweite Fokusprofil existieren. Hierdurch kann beispielsweise auf einen Motor zu einer zeitlichen Variation der optischen Anordnung und somit zu einer zeitlichen Variation eines Fokusprofils verzichtet werden. Hierdurch können sowohl Herstellungskosten als auch Betriebskosten eingespart werden. Da Motoren üblicherweise verschleißanfällig sind, kann hierdurch eine Zuverlässigkeit des Sensors erhöht werden.The first focus profile and the second focus profile can be coexisting focus profiles from a family of coexisting focus profiles. Both the first focus profile and the second focus profile can be identical to the first focus profile and the second focus profile at the time of the acquisition of the second measured value at the time of the acquisition of the first measured value. For example, the optical detection of the first measured value and the second measured value can be kept constant. For example, the optical arrangement can be kept constant during a time period within which both the first measured value and the second measured value are recorded. The first focus profile and the second focus profile can preferably exist during the acquisition of the first measured value. Furthermore, the first focus profile and the second focus profile can exist during the acquisition of the second measured value. This makes it possible, for example, to dispense with a motor for a temporal variation of the optical arrangement and thus for a temporal variation of a focus profile. In this way, both manufacturing costs and operating costs can be saved. Since motors are usually susceptible to wear, this can increase the reliability of the sensor.
Die erste Strahlenganglinie kann bevorzugt ungleich der zweiten Strahlenganglinie sein. Beispielsweise kann die erste Strahlenganglinie von einem anderen Objektpunkt in dem Objektraum ausgehen als die zweite Strahlenganglinie. Hierdurch kann die Fokusregelungseingangsgröße beispielsweise ohne eine zeitliche Veränderung der optischen Anordnung bestimmt werden und auf einen Motor verzichtet werden, was zu einer Kosteneinsparung und einer Robustheit des Sensors führen kann.The first beam path line can preferably be unequal to the second beam path line. For example, the first beam path line can start from a different object point in the object space than the second beam path line. As a result, the focus control input variable can be determined, for example, without changing the optical arrangement over time and a motor can be dispensed with, which can lead to cost savings and a robustness of the sensor.
Beispielsweise kann zur Erfassung des ersten Messwerts und/oder zur Erfassung des zweiten Messwerts eine Lichtquelle verwendet werden, beispielsweise eine chromatische Lichtquelle. Bevorzugt ist zur Erfassung des ersten Messwerts und/oder zur Erfassung des zweiten Messwerts keine Lichtquelle notwendig. Insbesondere kann die Erfassung des ersten Messwerts und/oder die Erfassung des zweiten Messwerts ohne Verwendung einer Lichtquelle, insbesondere ohne Verwendung einer in den Sensor integrierten Lichtquelle, durchgeführt werden. Durch einen Verzicht auf eine Lichtquelle, insbesondere auf eine in den Sensor integrierten Lichtquelle, können Kosten eingespart und/oder eine Robustheit des Sensors erhöht werden.For example, a light source can be used to acquire the first measured value and / or to acquire the second measured value, for example a chromatic light source. Preferably, no light source is necessary to acquire the first measured value and / or to acquire the second measured value. In particular, the acquisition of the first measured value and / or the acquisition of the second measured value can be carried out without using a light source, in particular without using a light source integrated into the sensor. By dispensing with a light source, in particular a light source integrated into the sensor, costs can be saved and / or the robustness of the sensor can be increased.
Der Sensor kann insbesondere eingerichtet sein, um effizient und kostengünstig die Fokusregelungseingangsgröße zu bestimmen.The sensor can in particular be set up to determine the focus control input variable efficiently and cost-effectively.
Die Fokusregelungseingangsgröße kann insbesondere Hinweise zu einer Fokussierung eines Abbildungssystems liefern. Die Fokusregelungseingangsgröße kann dazu dienen, die optische Anordnung oder eine optische Anordnung eines separaten Abbildungssystems derart zu justieren, dass sich Lichtstrahlen ausgehenden von einem Messpunkt eines Messobjekts an einem Punkt des ersten Detektors oder des Detektors des separaten Systems treffen. Die Fokusregelungseingangsgröße kann insbesondere zur Durchführung eines Autofokus-Verfahrens dienen. Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinrichtung eingerichtet sein, um mittels der Fokusregelungseingangsgröße eine Abbildung scharf zu stellen, vorzugsweise mittels lediglich einer Änderung eines Abstands. Beispielsweise kann die Fokusregelungseingangsgröße erfasst werden ohne die optische Anordnung zu verändern. Insbesondere kann die Fokusregelungseingangsgröße bestimmt werden, ohne einen Motor zu verwenden.The focus control input variable can in particular provide information on focusing an imaging system. The focus control input variable can serve to adjust the optical arrangement or an optical arrangement of a separate imaging system in such a way that light beams emanating from a measuring point of a measuring object meet at a point of the first detector or the detector of the separate system. The focus control input variable can be used, in particular, to carry out an autofocus method. For example, the evaluation and control device can be set up to focus an image by means of the focus control input variable, preferably by means of only a change in a distance. For example, the focus control input variable can be detected without changing the optical arrangement. In particular, the focus control input can be determined without using a motor.
Die o.g. Aufgabe ist daher vollständig gelöst.The above The task is therefore completely solved.
Die Auswerte- und Steuereinrichtung kann ausgestaltet sein, um mittels einer Differenzbildung aus dem ersten Messwert und aus dem zweiten Messwert die Fokusregelungseingangsgröße zu bestimmen. Besonders bevorzugt kann die Auswerte- und Steuereinrichtung eingerichtet sein, um den ersten Messwert von dem zweiten Messwert abzuziehen oder den zweiten Messwert von dem ersten Messwert abzuziehen. Durch Bestimmung der Fokusregelungseingangsgröße mittels einer Differenzbildung kann aus dem ersten Messwert und aus dem zweiten Messwert insbesondere ein Punkt einer asymmetrischen Funktion bestimmt werden. Aus dem Punkt der asymmetrischen Funktion kann bevorzugt sowohl auf einen Betrag der Fokusregelungseingangsgröße als auch auf ein Vorzeichen der Fokusregelungseingangsgröße geschlossen werden. Beispielsweise kann die Fokusregelungseingangsgröße sowohl einen Abstand von einer Fokusebene angeben als auch die Richtung des Abstands.The evaluation and control device can be designed to determine the focus control input variable by forming the difference between the first measured value and the second measured value. The evaluation and control device can particularly preferably be set up to subtract the first measured value from the second measured value or to subtract the second measured value from the first measured value. By determining the focus control input variable by means of a difference formation, in particular a point of an asymmetrical function can be determined from the first measured value and from the second measured value. The point of the asymmetrical function can preferably be used to infer both an amount of the focus control input variable and a sign of the focus control input variable. For example, the focus control input variable can specify both a distance from a focal plane and the direction of the distance.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Auswerte- und Steuereinrichtung ausgestaltet sein, um aus dem ersten Messwert und einem dritten Messwert oder aus dem zweiten Messwert und einem dritten Messwert die Fokusregelungseingangsgröße oder eine weitere Fokusregelungseingangsgröße zu bestimmen. Beispielsweise kann die optische Anordnung ein drittes Fokusprofil mit einem dritten Maximum entlang einer dritten Strahlenganglinie in dem Objektraum definieren. Die dritte Strahlenganglinie kann Teil eines dritten Strahlengangs der optischen Anordnung sein. Die Auswerte- und Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um einen dritten Messwert des dritten Fokusprofils zu erfassen. Hierdurch kann beispielsweise die Fokusregelungseingangsgröße abgeglichen oder präzisiert werden, beispielsweise durch eine Mittelwertbildung aus der Fokusregelungseingangsgröße und der weiteren Fokusregelungseingangsgröße.As an alternative or in addition to this, the evaluation and control device can be designed to determine the focus control input variable or a further focus control input variable from the first measured value and a third measured value or from the second measured value and a third measured value. For example, the optical arrangement can define a third focus profile with a third maximum along a third beam path line in the object space. The third beam path line can be part of a third beam path of the optical arrangement. The evaluation and Control device can be set up to acquire a third measured value of the third focus profile. In this way, for example, the focus control input variable can be adjusted or made more precise, for example by averaging the focus control input variable and the further focus control input variable.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sollen die Ausdrücke „erste“, „zweite“ und „dritte“ als Bezeichnungen verstanden werden, ohne einen Hinweis auf eine Reihenfolge oder einen Hinweis darauf, ob noch weitere der genannten Elemente existieren.In the context of the present invention, the terms “first”, “second” and “third” are to be understood as designations, without any reference to a sequence or an indication of whether there are any further elements mentioned.
Die optische Anordnung kann beispielsweise einen Abbildungsstrahlengang aufweisen. Der Abbildungsstrahlengang kann beispielsweise eine Hauptoptik der optischen Anordnung bilden. Der Abbildungsstrahlengang kann insbesondere eingerichtet sein, um Abbildungen, insbesondere hochauflösende Abbildungen, zu erzeugen. Der Abbildungsstrahlengang kann beispielsweise eingerichtet sein, um mittels des ersten Detektors Abbildungen, insbesondere hochauflösende Abbildungen, zu erzeugen. Alternativ hierzu kann der Abbildungsstrahlengang eingerichtet sein, um mittels eines Abbildungsdetektors Abbildungen, insbesondere hochauflösende Abbildungen, zu erzeugen. Beispielsweise kann der Abbildungsdetektor unabhängig von dem ersten Detektor ausgestaltet sein. Der Sensor kann beispielsweise ein Zusatzgerät für eine Kamera mit dem Abbildungsdetektor sein.The optical arrangement can for example have an imaging beam path. The imaging beam path can, for example, form main optics of the optical arrangement. The imaging beam path can in particular be set up to generate images, in particular high-resolution images. The imaging beam path can be set up, for example, to generate images, in particular high-resolution images, by means of the first detector. As an alternative to this, the imaging beam path can be set up to generate images, in particular high-resolution images, by means of an image detector. For example, the imaging detector can be designed independently of the first detector. The sensor can, for example, be an additional device for a camera with the image detector.
Der Abbildungsstrahlengang kann vorzugsweise telezentrisch ausgebildet sein. Hierdurch kann insbesondere ein Einfluss etwaiger Defokussierungen auf ein Messergebnis minimiert werden, bei welchen eine Lateralausdehnung des Messobjekts mittels der Abbildung ermittelt und/oder ausgewertet werden soll.The imaging beam path can preferably be designed to be telecentric. In particular, this can minimize the influence of any defocusing on a measurement result in which a lateral expansion of the measurement object is to be determined and / or evaluated by means of the image.
Die optische Anordnung kann eine Vorrichtung zur Fokusveränderung aufweisen. Insbesondere kann der Abbildungsstrahlengang die Vorrichtung zur Fokusveränderung aufweisen. Der Abbildungsstrahlengang kann insbesondere eine Vorrichtung zur Fokusveränderung aufweisen. Die Vorrichtung zur Fokusveränderung kann beispielsweise einen Motor aufweisen, insbesondere einen Motor zur Translation eines optischen Elements, beispielsweise einen Motor zur Translation einer Linse.The optical arrangement can have a device for changing the focus. In particular, the imaging beam path can have the device for changing the focus. The imaging beam path can in particular have a device for changing the focus. The device for changing the focus can for example have a motor, in particular a motor for translating an optical element, for example a motor for translating a lens.
Die Auswerte- und Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, um mittels der Fokusregelungseingangsgröße den Abbildungsstrahlengang hinsichtlich des Messobjekts scharf zu stellen, beispielsweise mittels der Vorrichtung zur Fokusveränderung. Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinrichtung ausgebildet sei, um die Vorrichtung zur Fokusveränderung mit der Fokusregelungseingangsgröße zu beaufschlagen, insbesondere als Signal zur Durchführung einer Translation, beispielsweise einer Translation einer Linse.The evaluation and control device can be designed to sharpen the imaging beam path with respect to the measurement object by means of the focus control input variable, for example by means of the device for changing the focus. For example, the evaluation and control device can be designed to apply the focus control input variable to the device for changing the focus, in particular as a signal for performing a translation, for example a translation of a lens.
Die optische Achse kann eine Achse sein, welcher ein Abbildungslichtstrahl bei einer scharfen Abbildung folgt.The optical axis may be an axis which an imaging light beam follows when imaging is in focus.
Die optische Anordnung kann derart ausgebildet sein, dass mittels Untersuchung der ersten Strahlenganglinie und/oder der zweiten Strahlenganglinie ein Abstand zu dem Messobjekt, beispielsweise von einem Teil des Sensors zu dem Messobjekt, ermittelt werden kann.The optical arrangement can be designed such that a distance to the measurement object, for example from a part of the sensor to the measurement object, can be determined by examining the first beam path line and / or the second beam path line.
Der Sensor kann insbesondere eingerichtet sein, um die Fokusregelungseingangsgröße ohne eine relative Verschiebung eines Elements relativ zu einem Objektpunkt in dem Objektraum, beispielsweise zu einem Messobjekt, zu bestimmen. Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinrichtung eingerichtet sein, um die Fokusregelungseingangsgröße lediglich mittels des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts zu bestimmen. Zur Bestimmung der Fokusregelungseingangsgröße ist bevorzugt neben dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert kein weiterer Messwert notwendig. Hierdurch kann eine Fokussierung eines Messobjekts innerhalb kurzer Zeit erfolgen, insbesondere durch lediglich einen Translationsschritt.The sensor can in particular be set up to determine the focus control input variable without a relative displacement of an element relative to an object point in the object space, for example to a measurement object. For example, the evaluation and control device can be set up to determine the focus control input variable only by means of the first measured value and the second measured value. In order to determine the focus control input variable, no further measured value is necessary in addition to the first measured value and the second measured value. As a result, a measurement object can be focused within a short time, in particular by just one translation step.
Die Auswerte- und Steuereinrichtung kann mindestens eine hinterlegte Kalibration aufweisen, um mittels des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts, insbesondere mittels einer Differenz aus dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert, auf die Fokusregelungseingangsgröße zu schließen. Die Fokusregelungseingangsgröße kann bevorzugt einen Wert für eine Translation als auch eine Richtung für eine Translation aufweisen. Der Sensor kann beispielsweise eingerichtet sein, um die Translation mittels der Vorrichtung zur Fokusveränderung durchzuführen. Die Vorrichtung zur Fokusveränderung kann insbesondere ausgestaltet sein, um ein Fokusprofil des Abbildungsstrahlengangs zu verändern, insbesondere derart, dass das Messobjekt scharf abgebildet werden kann.The evaluation and control device can have at least one stored calibration in order to infer the focus control input variable by means of the first measured value and the second measured value, in particular by means of a difference between the first measured value and the second measured value. The focus control input variable can preferably have a value for a translation and also a direction for a translation. The sensor can be set up, for example, to carry out the translation by means of the device for changing the focus. The device for changing the focus can in particular be designed to change a focus profile of the imaging beam path, in particular such that the measurement object can be imaged sharply.
Der Sensor kann insbesondere ausgestaltet sein, um lediglich einen Motor zur Veränderung des Abbildungsstrahlengangs zu benötigen, aber keinen Motor zur Bestimmung der Fokusregelungseingangsgröße. Bevorzugt kann der Sensor lediglich eine Vorrichtung zur Verschiebung eines Elements des Abbildungsstrahlengangs aufweisen, nicht jedoch eine Vorrichtung zur Verschiebung eines Elements, welches von der ersten Strahlenganglinie und/oder von der zweiten Strahlenganglinie berührt wird. Beispielsweise kann der Sensor ohne Motor ausgestaltet sein und lediglich ein separat ausgestaltetes Abbildungssystem mit dem Abbildungsstrahlengang kann einen Motor zur Fokussierung aufweisen.The sensor can, in particular, be designed in order to only require a motor for changing the imaging beam path, but not a motor for determining the focus control input variable. The sensor can preferably only have a device for displacing an element of the imaging beam path, but not a device for displacing an element which is touched by the first beam path line and / or by the second beam path line. For example, the sensor can be designed without a motor and only a separately designed one The imaging system with the imaging beam path can have a motor for focusing.
Die Fokusregelungseingangsgröße kann beispielsweise einen Abstand zu einem Ursprung eines Koordinatensystems darstellen, wobei der Ursprung des Koordinatensystems einen Fokuspunkt des Abbildungsstrahlengangs darstellt. Bevorzugt kann die Fokusregelungseingangsgröße nicht nur einen Betrag sondern auch eine Richtung zum Erreichen eines Regelziels beinhalten. Bei dem Regelziel kann es sich um eine Anordnung der optischen Anordnung handeln, bei welcher das Messobjekt scharf mittels des Abbildungsstrahlengangs abgebildet werden kann, beispielsweise mittels des ersten Detektors oder mittels des Abbildungsdetektors. Die Fokusregelungseingangsgröße kann beispielsweise ein Funktionswert einer asymmetrischen Funktion, insbesondere einer asymmetrischen Funktion in Abhängigkeit zu einem Abstand, darstellen. Der Funktionswert der asymmetrischen Funktion kann insbesondere durch eine Differenzbildung aus dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert generiert werden.The focus control input variable can represent, for example, a distance from an origin of a coordinate system, the origin of the coordinate system representing a focal point of the imaging beam path. The focus control input variable can preferably contain not only an amount but also a direction for achieving a control goal. The control target can be an arrangement of the optical arrangement in which the measurement object can be imaged sharply by means of the imaging beam path, for example by means of the first detector or by means of the imaging detector. The focus control input variable can represent, for example, a function value of an asymmetrical function, in particular an asymmetrical function as a function of a distance. The function value of the asymmetrical function can in particular be generated by forming the difference between the first measured value and the second measured value.
Bei dem Regelziel kann es sich insbesondere um einen Nulldurchgang der asymmetrischen Funktion handeln. Bevorzugt kann die asymmetrische Funktion den Nulldurchgang an einem Punkt eines maximalen Fokuskriteriums des Abbildungsstrahlengangs aufweisen. Die asymmetrische Funktion kann bevorzugt in der Nähe des Regelziels eine maximale Steigung aufweisen, beispielsweise um Abweichungen von dem Regelziel mit größtmöglicher Sensitivität festzustellen. Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinrichtung eingerichtet sein, um aus dem ersten Messwert und aus dem zweiten Messwert ohne Durchführung einer Translation sowohl auf eine Richtung als auch auf einen Betrag zum Erreichen des Regelziels, insbesondere zur benötigten Fokusverschiebung in dem Abbildungsstrahlengang, zu schließen.The control target can in particular be a zero crossing of the asymmetrical function. The asymmetrical function can preferably have the zero crossing at a point of a maximum focus criterion of the imaging beam path. The asymmetrical function can preferably have a maximum gradient in the vicinity of the control target, for example in order to determine deviations from the control target with the greatest possible sensitivity. For example, the evaluation and control device can be set up to use the first measured value and the second measured value to infer both a direction and an amount for achieving the control target, in particular for the required focus shift in the imaging beam path, without performing a translation.
Bevorzugt kann der Sensor ausgestaltet sein, um den Abbildungsstrahlengang hinsichtlich des Messobjekts lediglich mit einer einzigen Fokusregelungseingangsgröße, bestimmt lediglich aus dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert, in einem Schritt scharf zu stellen. Bevorzugt kann die Vorrichtung zur Fokusveränderung eingerichtet sein, um mit einem einzigen Schritt den Abbildungsstrahlengang hinsichtlich des Messobjekts scharf zu stellen.The sensor can preferably be designed to focus the imaging beam path with respect to the measurement object in one step using only a single focus control input variable, determined only from the first measurement value and the second measurement value. The device for changing the focus can preferably be set up in order to focus the imaging beam path with regard to the measurement object in a single step.
Beispielsweise kann die optische Anordnung derart ausgestaltet sein, dass ein Fangbereich und eine Steilheit der asymmetrischen Funktion auf jeweilige Messbedingungen optimiert ist oder optimierbar ist. Ein großer Fangbereich geht hierbei mit großen initialen Abständen zu dem Fokus einher, welche mittels des Verfahrens eliminiert werden können. Die Steilheit korrespondiert mit einer Genauigkeit mit welcher der Fokus eingestellt werden kann, insbesondere mittels nur eines einzigen Translationsschritts.For example, the optical arrangement can be designed in such a way that a capture range and a steepness of the asymmetrical function are optimized or can be optimized for the respective measurement conditions. A large capture area is associated with large initial distances from the focus, which can be eliminated by means of the method. The steepness corresponds to an accuracy with which the focus can be set, in particular by means of only a single translation step.
Das erste Fokusprofil und/oder das zweite Fokusprofil können beispielsweise mittels einer Ausgestaltung der optischen Anordnung hinsichtlich des Fangbereichs und einer Genauigkeit der Scharfstellung des Abbildungsstrahlengangs optimiert sein oder optimierbar sein. Eine Optimierung der optischen Anordnung hinsichtlich einer geeigneteren asymmetrischen Funktion kann beispielsweise durch eine Variation eines Abstands zweier optischer Elemente zueinander erzielt werden und/oder durch eine Änderung einer Tiefenschärfe und/oder einer Änderung einer nummerischen Apertur, beispielsweise durch verstellbare Blenden, und/oder durch eine Änderung des Fokuskriteriums, beispielsweise des ersten Fokuskriteriums und/oder des zweiten Fokuskriteriums. Die Optimierung kann beispielsweise bei der Herstellung erfolgen oder im Betrieb, beispielsweise anwendungsbezogen.The first focus profile and / or the second focus profile can, for example, be optimized or can be optimized by means of a configuration of the optical arrangement with regard to the capture area and an accuracy of the focusing of the imaging beam path. An optimization of the optical arrangement with regard to a more suitable asymmetrical function can be achieved, for example, by varying the distance between two optical elements and / or by changing a depth of field and / or changing a numerical aperture, for example by means of adjustable diaphragms and / or by a Change of the focus criterion, for example the first focus criterion and / or the second focus criterion. The optimization can take place, for example, during manufacture or in operation, for example in an application-related manner.
Eine Optimierung der optischen Anordnung hinsichtlich eines Fangbereichs und/oder einer Genauigkeit einer Scharfstellung des Abbildungsstrahlengangs hinsichtlich des Messobjekts kann beispielsweise einen Hardware-Ansatz und/oder einen Software-Ansatz aufweisen. Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinrichtung eingerichtet sein, um eine Optimierung hinsichtlich des Fangbereichs und/oder der Genauigkeit softwareseitig durchzuführen, beispielsweise durch Variation der mathematischen Operation zur Bestimmung der Fokusregelungseingangsgröße. Beispielsweise kann die optische Anordnung derart optimierbar sein, dass das erste Fokusprofil und/oder das zweite Fokusprofil zur Optimierung eines Fangbereichs und/oder einer Messgenauigkeit zum Erreichen des Regelziels variiert werden kann, insbesondere softwareseitig und/oder hardwareseitig.Optimization of the optical arrangement with regard to a capture range and / or an accuracy of focusing the imaging beam path with regard to the measurement object can for example have a hardware approach and / or a software approach. For example, the evaluation and control device can be set up to optimize the capture range and / or the accuracy on the software side, for example by varying the mathematical operation for determining the focus control input variable. For example, the optical arrangement can be optimized in such a way that the first focus profile and / or the second focus profile can be varied to optimize a capture range and / or a measurement accuracy to achieve the control target, in particular on the software and / or hardware side.
Eine Vergrößerung des Fangbereichs kann beispielsweise mit einer Verringerung einer Genauigkeit einhergehen, beispielsweise bei Erhöhung einer Entfernung einer Fokusebene des ersten Fokusprofils zu einer Fokusebene des zweiten Fokusprofils.An enlargement of the capture area can, for example, be accompanied by a reduction in accuracy, for example when a distance between a focal plane of the first focus profile and a focal plane of the second focus profile is increased.
Die erste Strahlenganglinie kann zumindest teilweise Teil des Abbildungsstrahlengangs sein. Insbesondere kann die erste Strahlenganglinie und/oder die zweite Strahlenganglinie zumindest teilweise identisch zu einer Strahlenganglinie des Abbildungsstrahlengangs sein. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Strahlenganglinie zumindest teilweise identisch zu einer Strahlenganglinie des Abbildungsstrahlengangs sein. Beispielsweise kann die erste Strahlenganglinie und/oder die zweite Strahlenganglinie vollständig identisch zu einer Strahlenganglinie des Abbildungsstrahlengangs sein. Beispielsweise kann die erste Strahlenganglinie teilweise identisch zu der zweiten Strahlenganglinie sein. Durch die genannten Maßnahmen können beispielsweise Herstellungskosten und/oder Bauraum und/oder Gewicht reduziert werden.The first beam path line can be at least partially part of the imaging beam path. In particular, the first beam path line and / or the second beam path line can be at least partially identical to a beam path line of the imaging beam path. Alternatively or additionally, the second beam path line can be at least partially identical to a beam path line of the imaging beam path. For example, the first beam path line and / or the second beam path line can be completely identical to a beam path line of the imaging beam path. For example, the first beam path line can be partially be identical to the second beam path line. The measures mentioned can, for example, reduce production costs and / or installation space and / or weight.
Die optische Anordnung kann derart eingerichtet sein, dass das erste Maximum eine erste Halbwertsbreite aufweist und dass das zweite Maximum eine zweite Halbwertsbreite aufweist. Bei Darstellung des ersten Fokusprofils und des zweiten Fokusprofils in Abhängigkeit von einer senkrechten Projektion auf eine Achse kann eine Distanz zwischen dem ersten Maximum und dem zweiten Maximum ein 0,1- bis 4-faches, bevorzugt ein 0,5- bis 2,5-faches, besonders bevorzugt ein 1,0- bis 1,7-faches des Mittelwerts der ersten Halbwertsbreite und der zweiten Halbwertsbreite betragen. Hierdurch kann bevorzugt sowohl ein sinnvoller Fangbereich als auch eine sinnvolle Genauigkeit erzielt werden.The optical arrangement can be set up such that the first maximum has a first half-width and that the second maximum has a second half-width. When displaying the first focus profile and the second focus profile as a function of a perpendicular projection onto an axis, a distance between the first maximum and the second maximum can be 0.1 to 4 times, preferably 0.5 to 2.5 times. times, particularly preferably 1.0 to 1.7 times, the mean value of the first half width and the second half width. In this way, both a useful capture range and a useful accuracy can preferably be achieved.
Bei der Achse kann es sich beispielsweise um eine optische Achse, vorzugsweise um die optische Achse des Abbildungsstrahlengangs, handeln. Der Abstand zwischen dem ersten Maximum und dem zweiten Maximum kann beispielsweise mittels einer Veränderung der optischen Anordnung und/oder mittels einer softwareseitigen Veränderung der Auswerte- und Steuereinrichtung erzielt werden. Die erste Halbwertsbreite und/oder die zweite Halbwertsbreite und/oder der Abstand zwischen dem ersten Maximum und dem zweiten Maximum können beispielsweise mittels Variation einer Brennweite einer oder mehrerer Linsen der optischen Anordnung variiert werden. Zu einer Verkleinerung der ersten Halbwertsbreite kann eine Verkleinerung einer Brennweite einer Linse der optischen Anordnung entlang der ersten Strahlenganglinie, beispielsweise der letzten Linse vor dem Messobjekt entlang der ersten Strahlenganglinie, durchgeführt werden. Zu einer Verkleinerung der zweiten Halbwertsbreite kann eine Verkleinerung einer Brennweite einer Linse der optischen Anordnung entlang der zweiten Strahlenganglinie, beispielsweise der letzten Linse vor dem Messobjekt entlang der zweiten Strahlenganglinie, durchgeführt werden.The axis can be, for example, an optical axis, preferably the optical axis of the imaging beam path. The distance between the first maximum and the second maximum can be achieved, for example, by changing the optical arrangement and / or by changing the evaluation and control device on the software side. The first half width and / or the second half width and / or the distance between the first maximum and the second maximum can be varied, for example, by varying a focal length of one or more lenses of the optical arrangement. To reduce the first half-width, a focal length of a lens of the optical arrangement can be reduced along the first beam path line, for example the last lens in front of the measurement object along the first beam path line. To reduce the second half-width, a focal length of a lens of the optical arrangement can be reduced along the second beam path, for example the last lens in front of the measurement object along the second beam path.
Der Ursprung der asymmetrischen Funktion kann bevorzugt die beste Fokus-Lage des Abbildungsstrahlengangs abbilden. Ein Abstand zwischen dem ersten Maximum und dem zweiten Maximum kann insbesondere dem Fangbereich entsprechen. Ein großer Abstand zwischen dem ersten Maximum und dem zweiten Maximum kann mit einem großen Fangbereich zur Erreichung des Regelziels korrelieren. Ein großer Abstand zwischen dem ersten Maximum und dem zweiten Maximum kann mit einer geringen Steilheit der asymmetrischen Funktion um den Ursprung korrelieren, und somit mit einer geringen Genauigkeit des Erreichens des Regelziels. Die Regelung des Regelziels kann insbesondere mittels eines einzigen Schritts ausführbar sein.The origin of the asymmetrical function can preferably image the best focus position of the imaging beam path. A distance between the first maximum and the second maximum can in particular correspond to the capture range. A large distance between the first maximum and the second maximum can correlate with a large capture range for achieving the control objective. A large distance between the first maximum and the second maximum can correlate with a low steepness of the asymmetrical function about the origin, and thus with a low accuracy of the achievement of the control goal. The regulation of the regulation target can in particular be carried out by means of a single step.
Die genannten beispielhaften und bevorzugten Abstände zwischen dem ersten Maximum und dem zweiten Maximum können insbesondere ein Verhältnis des Fangbereichs zu einer Genauigkeit optimieren.The mentioned exemplary and preferred distances between the first maximum and the second maximum can in particular optimize a ratio of the capture range to an accuracy.
Bei dem Verfahren kann der Sensor bevorzugt derart angeordnet sein, dass sich das Messobjekt oder ein Referenzobjekt in einer zu der Achse senkrechten Ebene zwischen dem ersten Maximum und dem zweiten Maximum befindet. Hierdurch kann insbesondere gewährleistet werden, dass sich das Messobjekt und/oder das Referenzobjekt in dem Fangbereich befinden.In the method, the sensor can preferably be arranged in such a way that the measurement object or a reference object is located in a plane perpendicular to the axis between the first maximum and the second maximum. This can in particular ensure that the measurement object and / or the reference object are located in the capture area.
Der erste Detektor kann eingerichtet sein, um den ersten Messwert mittels eines von einem Objekt ausgehenden ersten Lichtstrahls zu erfassen. Die optische Anordnung kann eingerichtet sein, um den ersten Lichtstrahl entlang der ersten Strahlenganglinie von dem Objekt zu dem ersten Detektor zu führen. Der erste Detektor kann ferner eingerichtet sein, um den zweiten Messwert mittels eines von dem Objekt ausgehenden zweiten Lichtstrahls zu erfassen. Die optische Anordnung kann eingerichtet sein, um den zweiten Lichtstrahl entlang der zweiten Strahlenganglinie von dem Objekt zu dem ersten Detektor zu führen. Die optische Anordnung kann derart eingerichtet sein, dass eine Objektebene des ersten Lichtstrahls bevorzugt ungleich einer Objektebene des zweiten Lichtstrahls ist. Das Objekt kann beispielsweise das Messobjekt oder das Referenzobjekt sein. Bei dem Objekt kann es sich beispielsweise um das Messobjekt handeln. Alternativ hierzu kann es sich bei dem Objekt um ein Referenzobjekt handeln.The first detector can be set up to detect the first measured value by means of a first light beam emanating from an object. The optical arrangement can be set up to guide the first light beam along the first beam path line from the object to the first detector. The first detector can further be set up to detect the second measured value by means of a second light beam emanating from the object. The optical arrangement can be designed to guide the second light beam along the second beam path line from the object to the first detector. The optical arrangement can be set up such that an object plane of the first light beam is preferably unequal to an object plane of the second light beam. The object can be the measurement object or the reference object, for example. The object can be the measurement object, for example. Alternatively, the object can be a reference object.
Bei dem ersten Lichtstrahl und/oder bei dem zweiten Lichtstrahl kann es sich beispielsweise um Licht der Umgebung handeln, welches an dem Messobjekt oder an dem Referenzobjekt gestreut wird, insbesondere in Richtung zu dem ersten Detektor. Hierdurch kann beispielsweise eine Lichtquelle in dem Sensor eingespart werden und somit Kosten und/oder Gewicht und/oder Bauraum eingespart werden und/oder eine Haltbarkeit des Sensors erhöht werden.The first light beam and / or the second light beam can be, for example, light from the environment that is scattered on the measurement object or on the reference object, in particular in the direction of the first detector. In this way, for example, a light source in the sensor can be saved and thus costs and / or weight and / or installation space can be saved and / or the durability of the sensor can be increased.
Alternativ hierzu kann es sich bei dem ersten Lichtstrahl und/oder bei dem zweiten Lichtstrahl um einen Lichtstrahl handeln, welcher von dem Sensor mittels einer Lichtquelle auf das Objekt gerichtet und von dort zurück zu dem Sensor reflektiert wird. Hiermit kann beispielsweise erzielt werden, dass der Sensor auch bei Abwesenheit von Umgebungslicht einsetzbar ist.As an alternative to this, the first light beam and / or the second light beam can be a light beam which is directed by the sensor onto the object by means of a light source and is reflected from there back to the sensor. In this way it can be achieved, for example, that the sensor can also be used in the absence of ambient light.
Bei der Objektebene des ersten Lichtstrahls kann es sich insbesondere um eine Ebene handeln, von welcher ein Messobjekt oder ein Referenzobjekt scharf auf den ersten Detektor abgebildet wird, insbesondere mittels des ersten Lichtstrahls. Bei der Objektebene des zweiten Lichtstrahls kann es sich insbesondere um eine Ebene handeln, von welcher das Messobjekt oder ein Referenzobjekt scharf auf den ersten Detektor abgebildet wird, insbesondere mittels des zweiten Lichtstrahls.The object plane of the first light beam can in particular be a plane from which a measurement object or a reference object is sharply imaged onto the first detector, in particular by means of the first light beam. The object plane of the second light beam can in particular be a plane from which the measurement object or a reference object is sharply imaged onto the first detector, in particular by means of the second light beam.
Beispielsweise kann die optische Anordnung eingerichtet sein, um den zweiten Lichtstrahl entlang der zweiten Strahlenganglinie von dem Objekt zu einem zweiten Detektor zu führen. Der zweite Detektor kann beispielsweise identisch zu dem Abbildungsdetektor sein. Der zweite Detektor kann beispielsweise in dem Sensor integriert sein. Alternativ hierzu kann der zweite Detektor separat zu dem Sensor angeordnet sein. Hierdurch kann beispielsweise eine Trennung des ersten Lichtstrahls von dem zweiten Lichtstrahl vereinfacht werden, beispielweise durch komplett getrennte Strahlengänge oder durch eine räumliche Trennung des ersten Strahlengangs von dem zweiten Strahlengang vor der Detektion.For example, the optical arrangement can be set up to guide the second light beam along the second beam path line from the object to a second detector. The second detector can be identical to the imaging detector, for example. The second detector can be integrated in the sensor, for example. Alternatively, the second detector can be arranged separately from the sensor. In this way, for example, a separation of the first light beam from the second light beam can be simplified, for example by completely separate beam paths or by spatial separation of the first beam path from the second beam path prior to detection.
Der erste Detektor und/oder der zweite Detektor kann beispielsweise einen Matrixsensor aufweisen, insbesondere einen CCD-Sensor oder einen CMOS-Sensor. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Detektor und/oder der zweite Detektor eine Fotodiode aufweisen.The first detector and / or the second detector can for example have a matrix sensor, in particular a CCD sensor or a CMOS sensor. Alternatively or in addition, the first detector and / or the second detector can have a photodiode.
Beispielsweise kann die Objektebene des ersten Lichtstrahls ungleich der Objektebene des zweiten Lichtstrahls ein. Alternativ oder zusätzlich kann die Objektebene des ersten Lichtstrahls und/oder die Objektebene des zweiten Lichtstrahls ungleich einer Objektebene des Abbildungsstrahlengangs sein. Hierdurch kann insbesondere ein Fangbereich erzielt werden, falls mittels des Abbildungsstrahlengangs eine weitere Fokusregelungseingangsgröße bestimmt werden soll oder wenn der Abbildungsstrahlengang zur Erfassung des ersten Messwerts oder des zweiten Messwerts dienen soll. Eine Ungleichheit der Objektebenen des ersten Lichtstrahls und/oder des zweiten Lichtstrahls und/oder des Abbildungsstrahlengangs kann insbesondere zu der Ausprägung der asymmetrischen Funktion führen, resultierend aus der Ausgestaltung der optischen Anordnung. Hierdurch kann beispielsweise ein Fangbereich erzielt werden.For example, the object plane of the first light beam can be unequal to the object plane of the second light beam. Alternatively or additionally, the object plane of the first light beam and / or the object plane of the second light beam can be different from an object plane of the imaging beam path. In this way, a capture range can in particular be achieved if a further focus control input variable is to be determined by means of the imaging beam path or if the imaging beam path is to be used to acquire the first measured value or the second measured value. An inequality of the object planes of the first light beam and / or the second light beam and / or the imaging beam path can in particular lead to the expression of the asymmetrical function, resulting from the configuration of the optical arrangement. In this way, for example, a capture area can be achieved.
Die Objektebene des ersten Lichtstrahls kann beispielsweise einen Winkel zu der Objektebene des zweiten Lichtstrahls und/oder des Abbildungsstrahlengangs aufweisen. Bei dem Winkel kann es sich bevorzugt um einen Winkel ungleich 0° handeln. Beispielsweise kann es sich bei dem Winkel um einen Winkel zwischen 10° und 80°, bevorzugt zwischen 30° und 60°, besonders bevorzugt von 40° bis 50° handeln.The object plane of the first light beam can, for example, have an angle to the object plane of the second light beam and / or the imaging beam path. The angle can preferably be an angle not equal to 0 °. For example, the angle can be an angle between 10 ° and 80 °, preferably between 30 ° and 60 °, particularly preferably from 40 ° to 50 °.
Mittels des Winkels zwischen der Objektebene des ersten Lichtstrahls und der Objektebene des zweiten Lichtstrahls und/oder der Objektebene des Abbildungsstrahlengangs, insbesondere resultierend aus der Ausgestaltung der optischen Anordnung, kann insbesondere ein erstes Fokusprofil erzeugt werden, welches ungleich zu dem zweiten Fokusprofil ausgestaltet ist und/oder ein erstes Fokusprofil, welches ungleich zu einem Fokusprofil des Abbildungsstrahlengangs ausgestaltet ist.By means of the angle between the object plane of the first light beam and the object plane of the second light beam and / or the object plane of the imaging beam path, in particular as a result of the configuration of the optical arrangement, a first focus profile can be generated which is different from the second focus profile and / or a first focus profile which is configured differently to a focus profile of the imaging beam path.
Beispielsweise kann die Objektebene des ersten Lichtstrahls zu der Objektebene des zweiten Lichtstrahls und/oder zu der Objektebene des Abbildungsstrahlengangs gekippt sein. Beispielsweise kann die erste Objektebene und/oder die zweite Objektebene nicht senkrecht zu der optischen Achse des Abbildungsstrahlengangs angeordnet sein. Beispielsweise kann die erste Objektebene und/oder die zweite Objektebene nicht senkrecht zu der Objektebene des Abbildungsstrahlengangs angeordnet sein. Hierdurch kann beispielsweise der Abbildungsstrahlengang zur Bestimmung der Fokusregelungseingangsgröße mitverwendet werden, beispielsweise um eine Messgenauigkeit zu erhöhen.For example, the object plane of the first light beam can be tilted to the object plane of the second light beam and / or to the object plane of the imaging beam path. For example, the first object plane and / or the second object plane can not be arranged perpendicular to the optical axis of the imaging beam path. For example, the first object plane and / or the second object plane can not be arranged perpendicular to the object plane of the imaging beam path. In this way, for example, the imaging beam path can also be used to determine the focus control input variable, for example in order to increase the measurement accuracy.
Beispielsweise kann die Objektebene des ersten Lichtstrahls, insbesondere mittels eines gekippten Spiegels, zu der Objektebene des zweiten Lichtstrahls und/oder zu der Objektebene des Abbildungsstrahlengangs versetzt und/oder verkippt sein. Eine Versetzung und/oder eine Verkippung der Objektebene des ersten Lichtstrahls zu der Objektebene des zweiten Lichtstrahls und/oder zu der Objektebene des Abbildungsstrahlengangs kann beispielsweise mittels mindestens eines optischen Elements erfolgen. Das optische Element kann ausgewählt sein aus einer Gruppe von optischen Elementen aufweisend einen verkippten Spiegel, eine verkippte Linse, eine dezentrierte Linse, eine Linse ohne Korrektur einer chromatischen Längsaberration, einer chromatisch-längs-unterkorrigierten Optik.For example, the object plane of the first light beam, in particular by means of a tilted mirror, can be offset and / or tilted to the object plane of the second light beam and / or to the object plane of the imaging beam path. An offset and / or tilting of the object plane of the first light beam relative to the object plane of the second light beam and / or relative to the object plane of the imaging beam path can take place, for example, by means of at least one optical element. The optical element can be selected from a group of optical elements having a tilted mirror, a tilted lens, a decentered lens, a lens without correction of a chromatic longitudinal aberration, a chromatic longitudinal undercorrected optics.
Der Winkel kann beispielsweise mittels Reflektion über einen Spiegel und Überlagerung des ersten Lichtstrahls mittels eines Strahlteilerwürfels mit dem zweiten Lichtstrahl und/oder mit dem Abbildungsstrahlengang erzeugt werden. Beispielsweise kann der Spiegel eingerichtet sein, um den Winkel einzuführen. Beispielsweise können anstelle des Spiegels ein oder mehrere gekippte und/oder dezentrierte Linsen verwendet werden. Vorteilhaft kann jedoch eine Ausbildung mit gekipptem Spiegel sein, da mittels des gekippten Spiegels ein Strahlenbündel umfassend den ersten Lichtstrahl vorzugsweise senkrecht auf der Objektebene des ersten Lichtstrahls steht. Das optische Element kann bevorzugt chromatisch-längs-unterkorrigiert sein. Das optische Element kann beispielsweise durch diffraktive und/oder polarisationsoptische Effekte chromatisch-längs-unterkorrigiert sein.The angle can be generated, for example, by means of reflection via a mirror and superposition of the first light beam by means of a beam splitter cube with the second light beam and / or with the imaging beam path. For example, the mirror can be designed to introduce the angle. For example, one or more tilted and / or decentered lenses can be used instead of the mirror. However, a design with a tilted mirror can be advantageous, since by means of the tilted mirror a beam comprising the first light beam is preferably perpendicular to the object plane of the first light beam. The optical element can preferably be chromatically-longitudinally undercorrected. The optical element can, for example, be longitudinally undercorrected chromatically by diffractive and / or polarization-optical effects.
Beispielsweise kann die Objektebene des ersten Lichtstrahls gegenüber der Objektebene des zweiten Lichtstrahls versetzt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Objektebene des ersten Lichtstrahls und/oder die Objektebene des zweiten Lichtstrahls gegenüber der Objektebene des Abbildungsstrahlengangs versetzt sein. Die Objektebene des ersten Lichtstrahls kann beispielsweise parallel zu der Objektebene des zweiten Lichtstrahls und/oder parallel zu der Objektebene des Abbildungsstrahlengangs angeordnet sein. Beispielsweise kann die Objektebene des zweiten Lichtstrahls parallel zu der Objekteben des Abbildungsstrahlengangs angeordnet sein. Beispielsweise kann die Objektebene des ersten Lichtstrahls und/oder die Objektebene des Abbildungsstrahlengangs derart gegenüber der Objektebene des zweiten Lichtstrahls versetzt sein, dass ein Fangbereich und/oder eine Genauigkeit auf eine Messsituation optimiert sein können.For example, the object plane of the first light beam can be offset from the object plane of the second light beam. Alternatively or additionally, the object plane of the first light beam and / or the object plane of the second light beam can be offset with respect to the object plane of the imaging beam path. The object plane of the first light beam can be arranged, for example, parallel to the object plane of the second light beam and / or parallel to the object plane of the imaging beam path. For example, the object plane of the second light beam can be arranged parallel to the object plane of the imaging beam path. For example, the object plane of the first light beam and / or the object plane of the imaging beam path can be offset from the object plane of the second light beam in such a way that a capture area and / or an accuracy can be optimized for a measurement situation.
Beispielsweise kann der erste Messwert und der zweite Messwert simultan erfasst werden, beispielsweise durch eine einzige Abbildung mittels des ersten Detektors. Hierdurch kann beispielsweise ein Autofokusverfahren beschleunigt werden. Weiterhin können hierdurch bei einer Relativbewegung zwischen dem Messobjekt und dem Sensor Messfehler reduziert werden.For example, the first measured value and the second measured value can be recorded simultaneously, for example by means of a single image using the first detector. In this way, for example, an autofocus method can be accelerated. Furthermore, this can reduce measurement errors in the event of a relative movement between the measurement object and the sensor.
Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinrichtung eingerichtet sein, um den ersten Messwert und den zweiten Messwert an zwei Positionen eines Bildfeldes einer Abbildung zu erfassen, insbesondere durch Erfassung eines Fokuskriteriums an zwei Positionen des Bildfeldes, beispielsweise an einem oberen Rand und an einem unteren Rand des Bildfeldes. Hiermit kann insbesondere die asymmetrische Funktion erzeugt werden.For example, the evaluation and control device can be set up to acquire the first measured value and the second measured value at two positions of an image field of an image, in particular by acquiring a focus criterion at two positions of the image field, for example at an upper edge and at a lower edge of the Field of view. In particular, the asymmetrical function can be generated in this way.
Mittels des Winkels zwischen der Objektebene des ersten Lichtstrahls und/oder der Objektebene des zweiten Lichtstrahls und/oder der Objektebene des Abbildungsstrahlengangs können Bildinhalte an Rändern eines Bildsensors, beispielsweise des ersten Detektors, bei unterschiedlichen Abständen, beispielsweise des Sensors zu dem Messobjekt, scharf abgebildet sein. Hierdurch kann ein Abstand, insbesondere ein Abstand zwischen dem Messobjekt und einem Teil des Sensors, als Bezugspunkt gewählt werden, bei welchem auf der optischen Achse liegende Objektpunkte die schärfste Abbildung aufweisen.By means of the angle between the object plane of the first light beam and / or the object plane of the second light beam and / or the object plane of the imaging beam path, image content can be sharply imaged at the edges of an image sensor, for example the first detector, at different distances, for example the sensor from the measurement object . In this way, a distance, in particular a distance between the measurement object and a part of the sensor, can be selected as a reference point at which object points lying on the optical axis have the sharpest image.
Mittels des Winkels können sich nacheilende oder vorauseilende funktionale Verläufe für ein Fokuskriterium an einem oberen Bildrand verglichen mit einem unteren Bildrand oder verglichen mit einer Abbildung eines anderen Strahlengangs ergeben. Mittels einer Differenzbildung zwischen einem Fokuskriterium an dem oberen Bildrand und einem Fokuskriterium an dem unteren Bildrand kann beispielsweise die Fokusregelungseingangsgröße erfasst werden.By means of the angle, functional curves that are lagging or running ahead can result for a focus criterion at an upper edge of the image compared with a lower edge of the image or compared with an image of another beam path. By forming the difference between a focus criterion at the upper edge of the image and a focus criterion at the lower edge of the image, for example, the focus control input variable can be detected.
Beispielsweise können die Objektebene des ersten Lichtstrahls und/oder die Objektebene des zweiten Lichtstrahls und/oder die Objektebene des Abbildungsstrahlengangs einen gemeinsamen Punkt auf der optischen Achse aufweisen, beispielsweise um das erste Fokusprofil und/oder um das zweite Fokusprofil zu einem direkten Scharfstellen des Abbildungsstrahlengangs zu verwenden.For example, the object plane of the first light beam and / or the object plane of the second light beam and / or the object plane of the imaging beam path can have a common point on the optical axis, for example around the first focus profile and / or around the second focus profile for direct focusing of the imaging beam path use.
Beispielsweise können der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl ein Lichtstrahlenbündel bilden. Das Lichtstrahlenbündel kann beispielsweise von dem Messobjekt oder von dem Referenzobjekt ausgehen. Beispielsweise können der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl zwischen dem Messobjekt oder dem Referenzobjekt und dem ersten Detektor ein Lichtstrahlenbündel bilden. Alternativ hierzu können der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl lediglich zwischen dem Messobjekt oder dem Referenzobjekt und einem Strahlteiler ein Lichtstrahlenbündel bilden.For example, the first light beam and the second light beam can form a light beam. The light beam can emanate, for example, from the measurement object or from the reference object. For example, the first light beam and the second light beam can form a light beam between the measurement object or the reference object and the first detector. As an alternative to this, the first light beam and the second light beam can only form a light beam between the measurement object or the reference object and a beam splitter.
Beispielsweise kann der erste Lichtstrahl ein Teil eines Lichtstrahlenbündels sein. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Lichtstrahl ein Teil eines Lichtstrahlenbündels sein. Beispielsweise kann die erste Strahlenganglinie zumindest teilweise Teil des ersten Strahlengangs sein. Die zweite Strahlenganglinie kann zumindest teilweise Teil des zweiten Strahlengangs sein. Beispielsweise kann die erste Strahlenganglinie sowohl Teil des ersten Strahlengangs sein als auch Teil des zweiten Strahlengangs sein. Beispielsweise kann der erste Strahlengang ein gemeinsamer Strahlengang für den ersten Lichtstrahl und für den zweiten Lichtstrahl sein, wobei der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl ein Lichtstrahlenbündel bilden.For example, the first light beam can be part of a light beam. Alternatively or additionally, the second light beam can be part of a light beam. For example, the first beam path line can be at least partially part of the first beam path. The second beam path line can be at least partially part of the second beam path. For example, the first beam path line can be part of the first beam path as well as part of the second beam path. For example, the first beam path can be a common beam path for the first light beam and for the second light beam, the first light beam and the second light beam forming a light beam.
Durch Bildung eines Lichtstrahlenbündels aus dem zweiten Lichtstrahl und dem ersten Lichtstrahl kann der Sensor beispielsweise hinsichtlich einer Anzahl von optischen Elementen optimiert werden und Kosten und/oder Bauraum eingespart werden.By forming a light beam from the second light beam and the first light beam, the sensor can, for example, be optimized with regard to a number of optical elements and costs and / or installation space can be saved.
Die optische Anordnung kann beispielsweise eine Trennvorrichtung aufweisen. Die Trennvorrichtung kann eingerichtet sein, um den ersten Lichtstrahl von dem zweiten Lichtstrahl zu trennen. Alternativ oder zusätzlich kann die Trennvorrichtung eingerichtet sein, um den ersten Lichtstrahl und/oder den zweiten Lichtstrahl von einem Abbildungslichtstrahl zu trennen. Beispielsweise kann die Trennvorrichtung ausgestaltet sein, um Lichtstrahlen farblich zu trennen. Beispielsweise kann die Trennvorrichtung eingerichtet sein, um den ersten Lichtstrahl von dem zweiten Lichtstrahl und/oder von dem Abbildungslichtstrahl farblich sequentiell, beispielsweise mittels einer farb-gestalteten Beleuchtung, zu trennen. Die Trennvorrichtung kann beispielsweise eine Rot-Grün-Blau (RGB)-Kamera sein, beispielsweise in Verbindung mit einem RGB-X-Cube, insbesondere einem RGB-X-Cube.The optical arrangement can for example have a separating device. The separating device can be configured to separate the first light beam from the second light beam. Alternatively or additionally, the separating device can be set up to separate the first light beam and / or the second light beam from an imaging light beam. For example, the Separating device be designed to separate light beams by color. For example, the separating device can be set up to separate the first light beam from the second light beam and / or from the imaging light beam sequentially in terms of color, for example by means of color-configured lighting. The separating device can for example be a red-green-blue (RGB) camera, for example in connection with an RGB-X cube, in particular an RGB-X cube.
Beispielsweise kann der Sensor ein Chip-Pattern aufweisen, beispielsweise einen RGB-Bayer-Pattern. Alternativ hierzu kann auch ein anderes Pattern anwendbar sein. Beispielsweise kann der erste Detektor ein hyperspektraler Sensor sein.For example, the sensor can have a chip pattern, for example an RGB Bayer pattern. Alternatively, a different pattern can also be used. For example, the first detector can be a hyperspectral sensor.
Die Trennvorrichtung kann beispielsweise eingerichtet sein, um eine zeitliche Trennung zu erreichen. Eine zeitliche Trennung kann beispielsweise mittels sequentieller Aufnahmen, beispielsweise mittels sequentieller Schaltung von Blenden, erzielt werden. Eine zeitliche Trennung kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn eine Pixelzahl des ersten Detektors niedrig sein soll, beispielsweise um Kosten zu senken.The separating device can be set up, for example, to achieve a temporal separation. A temporal separation can be achieved for example by means of sequential recordings, for example by means of sequential switching of diaphragms. A temporal separation can be particularly advantageous if the number of pixels in the first detector is to be low, for example in order to reduce costs.
Beispielsweise kann eine Trennung des ersten Lichtstrahls von dem zweiten Lichtstrahl und/oder von dem Abbildungslichtstrahl erst auf dem ersten Detektor erfolgen. Der erste Detektor kann beispielsweise einen Kamerachip aufweisen. Hierdurch können beispielsweise größere Freiheiten beim Optikdesign, insbesondere beim Design der optischen Anordnung, erreicht werden und/oder geringere Lichtverluste. Beispielsweise kann hierbei ein Strahlteiler nicht nötig sein. Somit können Kosten und Bauraum eingespart werden.For example, the first light beam can only be separated from the second light beam and / or from the imaging light beam on the first detector. The first detector can have a camera chip, for example. In this way, for example, greater freedom can be achieved in the optical design, in particular in the design of the optical arrangement, and / or lower light losses. For example, a beam splitter may not be necessary here. This saves costs and installation space.
Beispielsweise kann die Trennvorrichtung zwei getrennte Detektoren, beispielsweise den ersten Detektor und den zweiten Detektor, aufweisen. Eine Trennung kann hierbei mittels der getrennten Detektoren erzielt werden. Alternativ hierzu kann eine Trennung derart erfolgen, dass eine Hälfte des ersten Detektors, beispielsweise eines RGB-Kamera-Chips, zur Erfassung des ersten Messwerts verwendet wird und eine andere Hälfte des ersten Detektors zur Erfassung des zweiten Messwerts und/oder für die hochauflösende Abbildung. Alternativ hierzu kann eine Trennung mittels unterschiedlicher Farben, beispielsweise vollflächig auf dem ersten Detektor, erzielt werden.For example, the separating device can have two separate detectors, for example the first detector and the second detector. Separation can be achieved here by means of the separate detectors. Alternatively, a separation can take place such that one half of the first detector, for example an RGB camera chip, is used to acquire the first measured value and another half of the first detector is used to acquire the second measured value and / or for high-resolution imaging. As an alternative to this, a separation can be achieved by means of different colors, for example over the entire surface of the first detector.
Beispielsweise kann die Verwendung gleicher Winkel zwischen der Objektebene des ersten Lichtstrahls und/oder der Objektebene des zweiten Lichtstrahls und/oder der Objektebene des Abbildungsstrahlengangs vorteilhaft sein, beispielsweise hinsichtlich einer Stabilisierung des ersten Messwerts und/oder des zweiten Messwerts gegenüber Einflüssen einer Oberfläche des Objekts.For example, the use of equal angles between the object plane of the first light beam and / or the object plane of the second light beam and / or the object plane of the imaging beam path can be advantageous, for example with regard to stabilizing the first measured value and / or the second measured value against influences of a surface of the object.
Die optische Anordnung kann mindestens einen Strahlteiler aufweisen. Der Strahlteiler kann ein optisches Element sein, ausgewählt aus der Gruppe umfassend einen Strahlteilerwürfel, einen Glenn-Thompson-Polarizer, ein RGB-X-Cube, einen Strahlteiler mit grünem Bandpass, beispielsweise einem Notch-Filter, und ein Glasplättchen. Beispielsweise kann der Notch-Filter eingerichtet sein, um eine Aufteilung von nicht-grünen Komponenten in zwei Teilstrahlen, die eine identische spektrale Zusammensetzung aufweisen, zu erzielen.The optical arrangement can have at least one beam splitter. The beam splitter can be an optical element selected from the group comprising a beam splitter cube, a Glenn-Thompson polarizer, an RGB-X cube, a beam splitter with a green bandpass, for example a notch filter, and a glass plate. For example, the notch filter can be set up in order to achieve a division of non-green components into two partial beams which have an identical spectral composition.
Die optische Anordnung kann eingerichtet sein, um mittels des Strahlteilers eine Überlagerung des ersten Lichtstrahls mit dem zweiten Lichtstrahl und/oder eine Teilung des ersten Lichtstrahls von dem zweiten Lichtstrahl zu erzielen. Beispielsweise kann die optische Anordnung eingerichtet sein, um mittels des Strahlteilers den ersten Lichtstrahl und/oder den zweiten Lichtstrahl mit dem Abbildungslichtstrahl und/oder einem dritten Lichtstrahl zu überlagern. Beispielsweise kann der erste Lichtstrahl und/oder der zweite Lichtstrahl und/oder der dritte Lichtstrahl und/oder der Abbildungslichtstrahl über eine gemeinsame Optik den ersten Detektor erreichen.The optical arrangement can be designed to use the beam splitter to superimpose the first light beam with the second light beam and / or split the first light beam from the second light beam. For example, the optical arrangement can be set up to superimpose the imaging light beam and / or a third light beam on the first light beam and / or the second light beam by means of the beam splitter. For example, the first light beam and / or the second light beam and / or the third light beam and / or the imaging light beam can reach the first detector via common optics.
Der Sensor kann beispielsweise ausgestaltet sein, um mittels eines von dem Messobjekt ausgehenden dritten Lichtstrahls den dritten Messwert zu erzeugen. Der dritte Lichtstrahl kann beispielsweise der Abbildungslichtstrahl sein. Der dritte Lichtstrahl kann beispielsweise mittels des dritten Strahlengangs zu dem ersten Detektor geführt werden.The sensor can be designed, for example, to generate the third measured value by means of a third light beam emanating from the measurement object. The third light beam can be, for example, the imaging light beam. The third light beam can be guided to the first detector by means of the third beam path, for example.
Der erste Strahlengang und/oder der zweite Strahlengang und/oder der dritte Strahlengang und/oder der Abbildungsstrahlengang können zumindest teilweise einen gemeinsamen Strahlengang bilden. Beispielsweise kann der zweite Strahlengang quasi-identisch zu dem dritten Strahlengang sein. Hierdurch können beispielsweise eine Transformation in eine Frequenzdomäne verwendet werden und/oder Kosten gespart werden. Beispielsweise kann hierdurch eine Auswahl, mit welcher die Fokussierung quantifiziert werden soll, möglich sein.The first beam path and / or the second beam path and / or the third beam path and / or the imaging beam path can at least partially form a common beam path. For example, the second beam path can be quasi-identical to the third beam path. In this way, for example, a transformation into a frequency domain can be used and / or costs can be saved. For example, a selection with which the focusing is to be quantified can thereby be possible.
Bevorzugt können Positionen aller von dem ersten Lichtstrahl durchlaufenen Elemente relativ zu dem Messobjekt und die Position aller von dem zweiten Lichtstrahl durchlaufenen Elemente relativ zu dem Messobjekt und Positionen aller von dem dritten Lichtstrahl durchlaufenen Elemente relativ zu dem Messobjekt während der Erfassung des ersten und/oder des zweiten Messwerts identisch zu denen während der Erfassung des dritten Messwerts sein.Preferably, positions of all elements traversed by the first light beam relative to the measurement object and the position of all elements traversed by the second light beam relative to the measurement object and positions of all elements traversed by the third light beam relative to the measurement object during the detection of the first and / or the second measured value must be identical to those during the acquisition of the third measured value.
Beispielsweise kann die optische Anordnung drei Strahlengänge aufweisen, insbesondere den ersten Strahlengang und den zweiten Strahlengang und den dritten Strahlengang, welche jeweils in einem Winkel von 120° parallel und um die Achse angeordnet sein können, insbesondere parallel und um die optische Achse des Abbildungsstrahlengangs. Insbesondere kann die optische Anordnung derart ausgestaltet sein, dass möglichst wenige oder keine optischen Elemente in der Nähe der Achse angeordnet sind, beispielsweise um eine Verdichtung durch eine Faltung der Strahlengänge erzielen zu können.For example, the optical arrangement can have three beam paths, in particular the first beam path and the second beam path and the third beam path, which can each be arranged at an angle of 120 ° parallel and around the axis, in particular parallel and around the optical axis of the imaging beam path. In particular, the optical arrangement can be designed in such a way that as few or no optical elements as possible are arranged in the vicinity of the axis, for example in order to be able to achieve compression by folding the beam paths.
Beispielsweise kann eine Objektebene des dritten Strahlengangs ungleich der Objektebene des zweiten Strahlengangs und/oder der Objektebene des dritten Strahlengangs sein. Insbesondere kann eine Objektebene des dritten Lichtstrahls ungleich der Objektebene des zweiten Lichtstrahls und/oder der Objektebene des dritten Lichtstrahls sein. Die Objektebene des dritten Strahlengangs kann beispielsweise einen Winkel, insbesondere einen Winkel ungleich 0°, zu der Objektebene des ersten Strahlengangs und/oder zu der Objektebene des zweiten Strahlengangs und/oder zu einer Objektebene des Abbildungsstrahlengangs aufweisen. Beispielsweise kann die Objektebene des dritten Strahlengangs versetzt zu der Objektebene des zweiten Strahlengangs und/oder zu der Objektebene des dritten Strahlengangs und/oder zu der Objektebene des Abbildungsstrahlengangs angeordnet sein. Beispielsweise kann die Objektebene des dritten Strahlengangs zu der Objektebene des Abbildungsstrahlengangs und/oder zu der Objektebene des ersten Strahlengangs und/oder zu der Objektebene des zweiten Strahlengangs gekippt sein. Beispielsweise kann die Objektebene des ersten Strahlengangs und/oder die Objektebene des zweiten Strahlengangs und/oder die Objektebene des dritten Strahlengangs nicht senkrecht zu der optischen Achse des Abbildungsstrahlengangs, sondern gekippt, angeordnet sein, beispielsweise mittels eines gekippten Spiegels und/oder einer gekippten Linse und/oder einer dezentrierten Linse.For example, an object plane of the third beam path can be unequal to the object plane of the second beam path and / or the object plane of the third beam path. In particular, an object plane of the third light beam can be unequal to the object plane of the second light beam and / or the object plane of the third light beam. The object plane of the third beam path can for example have an angle, in particular an angle not equal to 0 °, to the object plane of the first beam path and / or to the object plane of the second beam path and / or to an object plane of the imaging beam path. For example, the object plane of the third beam path can be arranged offset to the object plane of the second beam path and / or to the object plane of the third beam path and / or to the object plane of the imaging beam path. For example, the object plane of the third beam path can be tilted to the object plane of the imaging beam path and / or to the object plane of the first beam path and / or to the object plane of the second beam path. For example, the object plane of the first beam path and / or the object plane of the second beam path and / or the object plane of the third beam path can not be arranged perpendicular to the optical axis of the imaging beam path, but tilted, for example by means of a tilted mirror and / or a tilted lens and / or a decentered lens.
Beispielsweise kann der zweite Detektor eingerichtet sein, um mit ihm den ersten Lichtstrahl und/oder den zweiten Lichtstrahl und/oder den dritten Lichtstrahl und/oder den Abbildungslichtstrahl zu erfassen. Besonders bevorzugt kann der zweite Detektor eingerichtet sein, um die Abbildung des Abbildungsstrahlengangs, insbesondere eine scharfe Abbildung, zu erfassen.For example, the second detector can be set up to use it to detect the first light beam and / or the second light beam and / or the third light beam and / or the imaging light beam. The second detector can particularly preferably be set up to detect the image of the imaging beam path, in particular a sharp image.
Beispielsweise kann der Sensor eingerichtet sein, um mehrere erste Messwerte und/oder mehrere zweite Messwerte und/oder mehrere Fokusregelungseingangsgrößen parallel, beispielsweise simultan, zu erfassen. Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinrichtung eingerichtet sein, um auszuwählen, welcher erste Messwert und/oder welcher zweite Messwert und/oder welche Fokusregelungseingangsgröße Verwendung findet, beispielsweise welche Fokusregelungseingangsgröße zur Beaufschlagung der Vorrichtung zur Fokusveränderung verwendet wird, insbesondere um den Zielwert möglichst präzise zu erreichen. Beispielsweise können zur Bestimmung der Fokusregelungseingangsgröße Mittelwerte der ersten Messwerte und/oder der zweiten Messwerte verwendet werden.For example, the sensor can be set up to acquire several first measured values and / or several second measured values and / or several focus control input variables in parallel, for example simultaneously. For example, the evaluation and control device can be set up to select which first measured value and / or which second measured value and / or which focus control input variable is used, for example which focus control input variable is used to act on the device for changing the focus, in particular to achieve the target value as precisely as possible . For example, mean values of the first measured values and / or the second measured values can be used to determine the focus control input variable.
Beispielsweise kann der Sensor eingerichtet sein, um geeignete Merkmale zur Erfassung eines Fokuskriteriums auf das Messobjekt oder auf das Referenzobjekt zu projizieren. Beispielsweise können durch Einspiegelung einer Markeranordnung in die optische Anordnung, beispielsweise in den ersten Strahlengang und/oder in den zweiten Strahlengang und/oder in den dritten Strahlengang geeignete Merkmale zur Bestimmung des Fokuskriteriums auf das Messobjekt oder auf das Referenzobjekt fokussiert werden.For example, the sensor can be set up to project suitable features for detecting a focus criterion onto the measurement object or onto the reference object. For example, by reflecting a marker arrangement in the optical arrangement, for example in the first beam path and / or in the second beam path and / or in the third beam path, suitable features for determining the focus criterion can be focused on the measurement object or on the reference object.
Das Referenzobjekt und/oder das Messobjekt können beispielsweise planar ausgestaltet sein. Alternativ hierzu können das Referenzobjekt und/oder das Messobjekt nicht planar ausgestaltet sein. Eine Oberfläche des Messobjekts und/oder eine Oberfläche des Referenzobjekts können beispielsweise senkrecht zu der optischen Achse angeordnet sein. Alternativ hierzu kann eine Oberfläche des Messobjekts und/oder eine Oberfläche des Referenzobjekts in einem Winkel ungleich 90° zu der optischen Achse angeordnet sein.The reference object and / or the measurement object can be designed, for example, planar. As an alternative to this, the reference object and / or the measurement object can be configured in a non-planar manner. A surface of the measurement object and / or a surface of the reference object can be arranged, for example, perpendicular to the optical axis. As an alternative to this, a surface of the measurement object and / or a surface of the reference object can be arranged at an angle other than 90 ° to the optical axis.
Der Sensor kann insbesondere für eine Fokusregelung für abbildende Systeme dienen. Der Sensor kann insbesondere eingerichtet sein, um mittels Einzelaufnahmen abbildender Systeme, beispielsweise mittels des ersten Strahlengangs und/oder des zweiten Strahlengangs, eine für eine Fokusbestimmung und/oder eine Fokusregelung geeignetes Fokusregelungseingangsgröße zu generieren. Hierdurch können beispielsweise Messabläufe deutlich beschleunigt werden. Beispielsweise kann eine Aufnahme eines sogenannten Autofokus-Bildstapels entfallen. Insbesondere kann ein dynamischer Betrieb mit beweglichem Messobjekt oder bewegtem Sensor möglich sein.The sensor can be used in particular for focus control for imaging systems. The sensor can in particular be set up to generate a focus control input variable suitable for focus determination and / or focus control by means of individual images of imaging systems, for example by means of the first beam path and / or the second beam path. In this way, for example, measurement processes can be significantly accelerated. For example, there is no need to record a so-called autofocus image stack. In particular, dynamic operation with a moving measurement object or moving sensor can be possible.
Der Bausatz zum Nachrüsten weist eine Schnittstelle zu dem Sensor auf. Bei der Schnittstelle kann es sich bevorzugt um eine elektronische Schnittstelle handeln. Beispielsweise kann der Bausatz ein Bausatzgehäuse aufweisen. Vorteilhaft an dem Bausatz kann sein, dass er bei Bedarf mittels der Schnittstelle mit dem Sensor verbunden werden kann und der Sensor lediglich einen Strahlengang, nämlich den Abbildungsstrahlengang aufweisen muss. Hierdurch können bei Anschaffung des Sensors Kosten gespart werden und der Bausatz kann bei Bedarf bei unterschiedlichen Sensoren zur Autofokussierung eingesetzt werden. Hierdurch können weiterhin Kosten gespart werden. Bei Verschleiß kann entweder lediglich der Bausatz oder der Sensor ersetzt werden, was ebenfalls Kosten spart und Müll reduziert.The kit for retrofitting has an interface to the sensor. The interface can preferably be an electronic interface. For example, the kit can have a kit housing. The kit can be advantageous in that it can be connected to the sensor by means of the interface if required and the sensor only has to have one beam path, namely the imaging beam path. This can save costs when purchasing the sensor and the kit can be used at Can be used with different sensors for autofocusing. This can also save costs. When worn, either the kit or the sensor can be replaced, which also saves costs and reduces waste.
Die Erfindung betrifft ferner ein Koordinatenmessgerät aufweisend einen wie oben beschriebenen Sensor. Das Koordinatenmessgerät kann beispielsweise mindestens einen weiteren Sensor aufweisen, beispielsweise mindestens einen taktilen Sensor. Das Koordinatenmessgerät kann mindestens einen Tastarm aufweisen. Beispielsweise kann der Sensor in dem Tastarm integriert sein. Beispielsweise kann der Tastarm eingerichtet sein, um den Sensor relativ zu dem Messobjekt zu bewegen.The invention also relates to a coordinate measuring machine having a sensor as described above. The coordinate measuring machine can for example have at least one further sensor, for example at least one tactile sensor. The coordinate measuring machine can have at least one probe arm. For example, the sensor can be integrated in the probe arm. For example, the probe arm can be designed to move the sensor relative to the measurement object.
Das Koordinatenmessgerät kann eine Basis aufweisen, auf welcher eine Werkstückaufnahme angeordnet sein kann. Die Werkstückaufnahme kann beispielsweise ein Kreuztisch sein. Die Werkstückaufnahme kann beispielsweise eingerichtet sein, um das Messobjekt zu fixieren und/oder um das Messobjekt relativ zu der Basis zu bewegen.The coordinate measuring machine can have a base on which a workpiece holder can be arranged. The workpiece holder can be a cross table, for example. The workpiece holder can be set up, for example, to fix the measurement object and / or to move the measurement object relative to the base.
Das Koordinatenmessgerät kann beispielsweise eine Säule aufweisen, an welcher der Tastarm verschiebbar gelagert sein kann. Der Tastarm kann einen Messkopf aufweisen. Der weitere Sensor und/oder der Sensor können beispielsweise mindestens teilweise in dem Messkopf angeordnet sein.The coordinate measuring machine can for example have a column on which the probe arm can be displaceably mounted. The probe arm can have a measuring head. The further sensor and / or the sensor can for example be arranged at least partially in the measuring head.
Das Koordinatenmessgerät kann eine Steuerung aufweisen. Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinrichtung des Sensors zumindest teilweise in der Steuerung integriert sein. Alternativ hierzu kann die Auswerte- und Steuereinrichtung des Sensors beispielsweise in dem Messkopf integriert sein.The coordinate measuring machine can have a controller. For example, the evaluation and control device of the sensor can be at least partially integrated in the controller. As an alternative to this, the evaluation and control device of the sensor can for example be integrated in the measuring head.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Bausatz zum Nachrüsten eines Sensors zur Bestimmung von geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts, das in einem Objektraum angeordnet ist. Der Sensor weist eine optische Anordnung und eine Auswerte- und Steuereinrichtung auf. Die optische Anordnung weist einen ersten Detektor auf. Die optische Anordnung weist einen Abbildungsstrahlengang auf. Die optische Anordnung definiert ein erstes Fokusprofil mit einem ersten Maximum entlang des Abbildungsstrahlengangs in dem Objektraum. Die Auswerte- und Steuereinrichtung ist eingerichtet, um einen ersten Messwert des ersten Fokusprofils zu erfassen. Der Bausatz weist eine Schnittstelle zu dem Sensor auf. Der Bausatz weist eine optische Ergänzungsanordnung auf. Die optische Ergänzungsanordnung definiert ein zweites Fokusprofil mit einem zweiten Maximum entlang einer zweiten Strahlenganglinie in dem Objektraum. Die Schnittstelle zu dem Sensor ist eingerichtet, um die Auswerte- und Steuereinrichtung des Sensors mit einem zweiten Messwert des zweiten Fokusprofils zu beaufschlagen.The invention further relates to a kit for retrofitting a sensor for determining geometric properties of a measurement object which is arranged in an object space. The sensor has an optical arrangement and an evaluation and control device. The optical arrangement has a first detector. The optical arrangement has an imaging beam path. The optical arrangement defines a first focus profile with a first maximum along the imaging beam path in the object space. The evaluation and control device is set up to acquire a first measured value of the first focus profile. The kit has an interface to the sensor. The kit has an optical supplementary arrangement. The supplementary optical arrangement defines a second focus profile with a second maximum along a second beam path line in the object space. The interface to the sensor is set up to apply a second measured value of the second focus profile to the evaluation and control device of the sensor.
Der Bausatz zum Nachrüsten eines Sensors kann beispielsweise eine elektrische Schnittstelle und/oder eine elektronische Schnittstelle und/oder eine mechanische Schnittstelle zu dem Sensor aufweisen. Die Schnittstellen, insbesondere die mechanische Schnittstelle und/oder die elektronische Schnittstelle und/oder die elektrische Schnittstelle, können insbesondere eingerichtet sein, um mit dem Sensor zusammenzuwirken. Die Schnittstelle zu dem Sensor kann insbesondere eingerichtet sein, um die Auswerte- und Steuereinrichtung des Sensors mit einem zweiten Messwert des zweiten Fokusprofils zu beaufschlagen, insbesondere um ein Messobjekt bezüglich des Abbildungsstrahlengangs und bezüglich des ersten Detektors oder eines Abbildungsdetektors scharf zu stellen.The kit for retrofitting a sensor can, for example, have an electrical interface and / or an electronic interface and / or a mechanical interface to the sensor. The interfaces, in particular the mechanical interface and / or the electronic interface and / or the electrical interface, can in particular be set up to interact with the sensor. The interface to the sensor can in particular be set up to apply a second measured value of the second focus profile to the evaluation and control device of the sensor, in particular to focus a measurement object with respect to the imaging beam path and with respect to the first detector or an imaging detector.
Die Auswerte- und Steuereinrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, um aus dem ersten Messwert, welcher mittels des Sensors erfasst wird, und aus dem zweiten Messwert, welcher mittels des Bausatzes zum Nachrüsten erfasst wird, die Fokusregelungseingangsgröße zu bestimmen, wobei das erste Fokusprofil, welches mittels des Sensors definiert wird, und das zweite Fokusprofil, welches mittels des Bausatzes zum Nachrüsten definiert wird, koexistierende Fokusprofile sind.The evaluation and control device can in particular be set up to determine the focus control input variable from the first measured value, which is recorded by means of the sensor, and from the second measured value, which is recorded by means of the retrofitting kit, the first focus profile, which is recorded by means of of the sensor is defined, and the second focus profile, which is defined by means of the kit for retrofitting, are coexisting focus profiles.
Der Vorteil bei dem Bausatz zum Nachrüsten eines Sensors kann darin gesehen werden, dass der Bausatz nachträglich einem Sensor hinzugefügt werden kann, beispielsweise um die Ausführung eines Autofokusverfahrens zu ermöglichen. Hierdurch kann ein Sensor veränderten Bedürfnissen angepasst werden, insbesondere kostengünstig und umweltschonend.The advantage of the kit for retrofitting a sensor can be seen in the fact that the kit can be added to a sensor at a later date, for example in order to enable an autofocus method to be carried out. In this way, a sensor can be adapted to changed requirements, in particular in a cost-effective and environmentally friendly manner.
Bei dem Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts sind das erste Fokusprofil und das zweite Fokusprofil koexistierende Fokusprofile, wie oben beschrieben.In the method for determining geometric properties of a measurement object, the first focus profile and the second focus profile are coexisting focus profiles, as described above.
Mittels des Koordinatenmessgeräts oder des Sensors kann insbesondere ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts durchgeführt werden, welches in sehr kurzer Zeit ausgeführt werden kann. Zum Scharfstellen des Sensors hinsichtlich des Messobjekts ist es nicht notwendig, eine optimale Lage des Sensors zu dem Messobjekt über einen längeren Zeitraum zu sichern. Das Verfahren kann insbesondere für eine Fokusregelung bei einem dynamischen Betrieb geeignet sein. Der Sensor weist insbesondere einen geringen apparativen Aufwand auf. Ein Einfluss von Oberflächeneigenschaften des Messobjekts kann bei dem neuen Sensor und dem neuen Verfahren minimiert sein.In particular, a method for determining geometric properties of a measurement object can be carried out by means of the coordinate measuring device or the sensor, which method can be carried out in a very short time. To focus the sensor with respect to the measurement object, it is not necessary to ensure an optimal position of the sensor in relation to the measurement object over a longer period of time. The method can be suitable in particular for focus regulation in dynamic operation. In particular, the sensor has little outlay in terms of equipment. An influence of surface properties of the measurement object can be in the new sensor and the new process.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Insbesondere können die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale lediglich mit dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche kombiniert werden.In particular, the features mentioned above and those yet to be explained below can only be combined with the preamble of the independent claims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1A eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des neuen Sensors; -
1 B Fokusprofile und eine Fokusregelungseingangsgröße in Abhängigkeit eines Abstands zu dem ersten Ausführungsbeispiel des neuen Sensors; -
1C Fokusregelungseingangsgrößen in Abhängigkeit eines Abstands für unterschiedliche erste Strahlenganglinien und zweite Strahlenganglinien zu dem ersten Ausführungsbeispiel; -
1D Fokusprofile und Fokusregelungseingangsgrößen in Abhängigkeit eines Abstands für verschieden stark auszeichnende Fokusprofile des ersten Ausführungsbeispiels; -
2 ein zweites Ausführungsbeispiel des neuen Sensors; -
3 ein drittes Ausführungsbeispiel des neuen Sensors; -
4 ein viertes Ausführungsbeispiel des neuen Sensors; -
5A ein fünftes Ausführungsbeispiel des neuen Sensors; -
5B eine Darstellung eines Teils des ersten Detektors des fünften Ausführungsbeispiels des neuen Sensors; -
6 ein sechstes Ausführungsbeispiel des neuen Sensors; -
7 ein siebtes Ausführungsbeispiel des neuen Sensors; und -
8 ein Ausführungsbeispiel des neuen Koordinatenmessgerätes.
-
1A a schematic representation of a first embodiment of the new sensor; -
1 B Focus profiles and a focus control input variable as a function of a distance to the first exemplary embodiment of the new sensor; -
1C Focus control input variables as a function of a distance for different first beam path lines and second beam path lines from the first exemplary embodiment; -
1D Focus profiles and focus control input variables as a function of a distance for focus profiles of the first exemplary embodiment which have different strengths; -
2 a second embodiment of the new sensor; -
3 a third embodiment of the new sensor; -
4th a fourth embodiment of the new sensor; -
5A a fifth embodiment of the new sensor; -
5B a representation of part of the first detector of the fifth embodiment of the new sensor; -
6th a sixth embodiment of the new sensor; -
7th a seventh embodiment of the new sensor; and -
8th an embodiment of the new coordinate measuring machine.
Der Sensor
Die Auswerte- und Steuereinrichtung
Die optische Anordnung
Die Vorrichtung zur Fokusveränderung
In den
Bei unterschiedlichen Abständen zwischen dem ersten Maximum
Eine Distanz
Der erste Detektor
Eine Objektebene des ersten Lichtstrahls
Beispielsweise kann die optische Anordnung
Die optische Anordnung
Die in den Figuren dargestellten Sensoren
Die
Die Darstellung nach
Der erste Strahlengang
Alternativ zu dem Spiegel
Aufgrund eines Winkels der Objektebene des ersten Lichtstrahls
Im Fall von
Durch eine Differenzbildung zwischen dem ersten Messwert
Die dargestellte Funktion der Fokusregelungseingangsgröße
Die Funktion der Fokusregelungseingangsgröße
Beispielsweise kann die erste Funktion der Fokusregelungseingangsgröße in Abhängigkeit von dem Abstand
Wie in der dritten Funktion
Anstelle einer Anpassung der Schärfentiefe mittels einer Veränderung der optischen Anordnung
Die vierte Funktion
Eine siebte Funktion
Eine zehnte Funktion
Das in
Eine Trennung des Abbildungsstrahlengangs
Beispielsweise kann der Abbildungsstrahlengang
Mittels einer Differenzbildung aus ersten Messwerten
Prinzipiell kann ein ähnlicher Ansatz statt mit gegeneinander gekippten Objektebenen, beispielsweise einer gegenüber der Objektebene des ersten Lichtstrahls
Um eine Funktion der Fokusregelungseingangsgröße
Prinzipiell kann das vierte Ausführungsbeispiel wie das erste Ausführungsbeispiel ausgestaltet sein. Die Objektebene des ersten Lichtstrahls
Die optische Anordnung
Das vierte Ausführungsbeispiel kann eine Trennvorrichtung
Vorteilhaft an dem vierten Ausführungsbeispiel kann insbesondere sein, dass zwei quasiidentische Abbildungsstränge vorliegen. Beispielsweise können der erste Strahlengang
Beispielsweise können mittels der Auswerte- und Steuereinrichtung
Alternativ oder zusätzlich könnten chromatische Effekte, beispielsweise eine chromatische Längsaberration in der optischen Anordnung
Das in den
Beispielsweise kann die optische Anordnung
In den
Die in den
Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen können beispielsweise für einen Fall, bei welchem das Messobjekt weniger oder keine Merkmale auf seiner Oberfläche aufweist, geeignete Merkmale auf die zu fokussierende Oberfläche des Messobjekts projiziert werden, beispielsweise durch Einspiegelung in ohnehin vorhandene Strahlengänge, insbesondere in den ersten Strahlengang
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- DE 3828381 C2 [0005]DE 3828381 C2 [0005]
- DE 102016202928 A1 [0006]DE 102016202928 A1 [0006]
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